專題07聲音的利用知識·解讀一、聲能傳遞信息（1）事例：人類通過語言交談、醫生用聽診器和B超等給病人診斷病情、回聲定位、回聲測距。（2）實質：利用聲獲取信息。應用領域具體應用醫學中醫中的“望、聞、問、切”，其中的“聞”就是通過聽獲得病人身體的有關信息；現代醫院用的B超是通過超聲波獲得病者的病情工業利用超聲波探測工件內部是否有損傷軍事聲吶：利用回聲定位探測海洋深度、引導潛艇航行等氣象監測臺風的次聲波判斷臺風的風向、距離和方位；監測地震發生的方位和強度二、聲能傳遞能量（1）事例：利用超聲波清洗物體、利用超聲波碎除人體內的結石。（2）實質：利用聲波的振動使物體發生振動或運動。應用領域應用事例醫學超聲波碎石：用超聲波破碎病人體內結石工業利用超聲波清洗鐘表等精密機械生活（1）超聲除塵。（2）超聲潔牙次聲波本領大：次聲波傳播時能量損失小，能傳得很遠。對各種次聲波進行監測，就可以得到相關的信息。典例·解讀例1．聲波能傳遞能量，下列不是對這一原理的應用的是（）A．醫生利用超聲波給病人治療腎結石B．利用超聲波清洗精細機械C．醫生通過聽診器可以了解病人心肺的工作狀況D．如果把超聲波通入水中，劇烈的振動使水破碎成許多小霧滴，再用小風扇把霧滴吹入室內，可以增加室內空氣的濕度【答案】C【解析】A．超聲波的方向性好，利用超聲波給病人治療腎結石時，超聲波將結石擊碎，說明聲波能傳遞能量。故A不符合題意；B．利用超聲波清洗精細機械，可以將污垢清除，說明聲波能傳遞能量。故B不符合題意；C．醫生通過聽診器可以了解病人心肺的工作狀況，是通過聲音了解病人的信息，說明聲音可以傳遞信息。故C符合題意；D．超聲波通過劇烈的振動將水破碎成小霧滴，說明超聲波具有能量，可以傳遞能量。故D不符合題意。故選C。例2．為了安全，有些轎車裝有倒車雷達，當轎車倒車時，尾部在非安全距離內遇到人或障礙物，雷達就會發出警報，方便司機判斷車尾與后部障礙物間的距離，如圖所示，在倒車雷達工作過程中，應用了大量的物理知識，下列知識沒有得到應用的是（）A．聲音可以傳遞信息B．聲音可以傳遞能量C．回聲D．超聲波【答案】B【解析】倒車雷達，即倒車防撞雷達，也叫泊車輔助裝置，它能以聲音或更為直觀的顯示告知司機車輛周圍是否有障礙物，倒車時，利用超聲波原理，由裝置在車尾保險杠上的探頭發送超聲波撞擊障礙物后反射此聲波，計算出車體與障礙物間的實際距離，然后提示給司機，使停車或倒車更容易、更安全，所以說倒車雷達應用了回聲定位的原理，倒車雷達工作過程中，應用了超聲波、回聲、聲音可以傳遞信息，沒涉及到聲音可以傳遞能量。故ACD不符合題意，B符合題意。故選B。例3．地震波是由于地震而產生的向四處傳播的震動，主要由橫波、縱波組成。2021年9月16日，在四川瀘縣發生6.0級地震，產生的地震波造成了大量房屋損毀，同時由于地層巖石在斷裂、碰撞過程中還會產生次聲波。下列關于次聲波的說法正確的是（）A．次聲波是由物體振動產生的 B．次聲波可以在真空中傳播C．次聲波的傳播速度可達3×108m/s D．頻率低于20000Hz的聲波就是次聲波【答案】A【解析】A．物體振動產生聲，次聲波也是物體振動產生的，故A正確；B．聲的傳播需要介質，真空不能傳聲，所以次聲波不能在真空中傳播，故B錯誤；C．光在真空中的傳播速度為3×108m/s，聲的傳播速度遠遠小于光速，約是340m/s，故C錯誤；D．次聲波指振動頻率低于20Hz的聲，故D錯誤。故選A。例4．一艘探測船在經過某個海域距離相等的A、B、C、D、E五個位置時，向海底發射超聲波。測得回收信號的時間分別為1.2秒、0.8秒、1.2秒、0.6秒、1.2秒，再求出海底與海平面間的距離，就可以繪出海底的大致形狀。該海域海底的大致形狀如圖中的（）A． B．C． D．【答案】B【解析】由“測得回收信號的時間分別為1.2秒、0.8秒、1.2秒、0.6秒、1.2秒”可知，A、C、E三個位置超聲波傳播的時間相等且最長，聲音在海水中傳播速度不變，由s=vt可得，超聲波傳播的距離相等且最遠，故A、C、E三個位置所處深度相同，且最深；D點超聲波傳播的時間最短，只有0.6秒，所以D點所處深度最淺，故B符合題意，ACD不符合題意。故選B。例5．有一款新型的折疊導盲杖，使用時導盲杖會持續發出超聲波。若前進方向上遇到障礙物，導盲杖會接收到反射信號并產生提示音，離障礙物越近提示音越尖銳，提醒盲人繞開障礙物，下列敘述正確的是（）A．超聲波的傳播不需要介質B．超聲波只能傳遞能量，不能傳遞信息C．盲人能聽到超聲波D．超聲波的傳播速度也會受到溫度影響【答案】D【解析】A．聲音的傳播需要介質，真空不能傳聲，超聲波也是聲音，所以超聲波的傳播也需要介質，故A錯誤；B．超聲波既能傳遞能量，也能傳遞信息，故B錯誤；C．人耳的聽覺頻率范圍是20Hz~20000Hz，而超聲波的頻率大于20000Hz，所以盲人不能聽到超聲波，故C錯誤；D．聲音的傳播速度會受到溫度影響，所以超聲波的傳播速度也會受到溫度影響，故D正確。故選D。例6．潛艇的“耳目”——聲吶潛艇最大的特點是它的隱蔽性，作戰時需要長時間在水下潛航，這就決定它不能浮出水面使用雷達觀察，而只能依靠聲吶進行探測，所以聲吶在潛艇上的重要性更為突出，被稱為潛艇的“耳目”。聲吶是利用水中聲波對水下目標進行探測、定位和通信的電子設備，是水聲學中應用廣泛的一種重要裝置。聲吶能夠向水中發射聲波，聲吶發出聲波的頻率大多在10~30kHz之間，由于這種聲波的頻率較高，可以形成較準確指向性，從而確定發聲物體的方位。聲波在水中傳播時，如果遇到潛艇、水雷、魚群等目標，就會被反射回來，反射回來的聲波被聲吶接收，根據聲信號往返的時間和返回的方位可以確定目標的距離和位置。聲吶發出聲波碰到的目標如果是運動的，反射回來的聲波（下稱“回聲”）的音調就會有所變化，它的變化規律是：如果回聲的音調變高，說明目標正向聲吶靠攏；如果回聲的音調變低，說明目標遠離聲吶。請回答以下問題：（1）聲吶制作的原理叫做回聲定位，自然界中什么生物具備這種“絕技”？（請列舉一例）（2）聲吶根據什么信息來確定探測目標距離和位置的？（3）人耳能夠聽到聲吶發出的聲波的頻率范圍是多少？（4）如果停在海水中的潛艇A發出的聲波信號在10s內接收到經B潛艇反射回來的信號，且信號頻率不變，潛艇B是運動的還是靜止的？與潛艇A的距離是多少米？（設聲波在海水中傳播速度為1500m/s）【答案】（1）蝙蝠；（2）見解析；（3）10~20kHz；（4）靜止的，7500【解析】解：（1）蝙蝠通過自身發出的超聲波的回聲可以確定目標的位置和距離。（2）由題干信息可知，聲吶根據聲信號往返的時間和返回的方位可以確定目標的距離和位置。（3）人耳只能聽到20Hz到20000Hz之間的聲音，由題干信息可知，聲吶發出的聲波頻率大多在10~30kHz之間，因此人耳聽到的聲吶發出的聲波頻率為：10~20kHz。（4）由題干信息可知，聲吶發出聲波碰到的目標如果是運動的，反射回來的聲波（下稱“回聲”）的音調就會有所變化，當信號頻率不變時，潛艇是靜止的。超聲波從潛艇A傳到潛艇B的時間由得，潛艇B與潛艇A的距離答：（1）蝙蝠靠回聲定位確定物體的位置；（2）聲吶根據聲信號往返的時間和返回的方位可以確定目標的距離和位置；（3）人耳能夠聽到聲吶發出的聲波的頻率范圍是10~20kHz；（4）潛艇B是靜止的；與潛艇A的距離是7500m。例7．超聲測位儀（又叫“聲吶”）可以幫助人們測定沉船的位置，還可以探知海洋的深度，它的探測系統將所獲得的數據送到中央處理器進行運算并將結果顯示出來，如圖所示是測量船利用超聲測位儀測定海深的示意圖。（1）測量中，探測系統必須探測的物理量是和；（2）中央處理器只需運用這一簡單公式進行運算就能顯示出海深；（3）用超聲測位儀向海底垂直發射聲波，經過4s后收到回波，如果海水中聲音的平均傳播速度為1500m/s，此處海水約有深；（4）請你舉出聲吶應用的實例?！敬鸢浮砍暡▊鞑サ臅r間聲波的速度3000m探測魚群【解析】（1）（2）[1][2][3]利用超聲波測距實際是利用了回聲，可以利用速度公式可以計算出海底的深度，由公式可知探測系統需要探測的物理量是超聲波傳播的時間和聲波的速度。（3）[4]超聲波從海面到海底用的時間由得該處海水的深度s=vt=1500m/s×2s=3000m（4）[5]聲吶利用超聲波具有定向性好，穿透能力強、易獲得較集中聲能等特點，可以用來探測魚群、測繪海底形狀。超聲波能傳遞能量，可以用來清洗一些精密儀器。培優·訓練一、單選題1．有一種電子牙刷，它發出的超聲波，能直達牙刷棕毛刷不到的地方，這樣刷牙既干凈又舒服。關于電子牙刷，下列說法中正確的是（）A．人聽不到超聲波，是因為超聲波不能在空氣中傳播B．超聲波能傳遞能量C．超聲波不是由物體振動產生的D．超聲波的音調很低，所以人聽不到2．如表是人和幾種動物的發聲頻率和聽覺頻率范圍，從表中看出，可以發出次聲的是（）人蝙蝠大象狗發聲85~1100Hz10000~120000Hz14~24Hz452~1800Hz聽覺20~20000Hz1000~120000Hz1~20000Hz15~50000HzA．人 B．蝙蝠 C．大象 D．狗3．下列關于超聲波和次聲波的說法中正確的是（）A．超聲波聽起來比較尖銳高亢B．次聲波聽起來比較低沉悠揚C．當機器或暴風產生的噪聲為次聲波時，由于次聲波聽不見，就不用進行防治了D．一般來說超聲波比次聲波更適宜用于測量海底的深度4．《中國詩詞大會》是央視首檔全民參與的詩詞節目，節目以“賞中華詩詞，尋文化基因、品生活之美”為基本宗旨，分享詩詞之美，感受詩詞之趣，從古人的智慧和情懷中汲取營養，涵養心靈，下面對詩句中蘊含的物理知識理解正確的是（）A．“聞其聲而知其人”主要是根據音色進行判別的B．“柴門聞犬吠，風雪夜歸人”說明聲音可以傳遞能量C．“響鼓也要重錘敲”說明物體振動頻率越高，響度越大D．“不敢高聲語，恐驚天上人”中的“高聲”指的是聲音的音調高5．如圖所示的四種情形中，沒有利用超聲波的是（）A．

用聲吶探測海深 B．

蝙蝠利用聲波發現昆蟲C．

用“B超”做體檢 D．

大象的“聲音”交流二、綜合題6．人眼對觀察到的景物有暫時的“記憶”，在外界景物消失后，視神經對它的印象還會延續0.1s左右，這種特征叫視覺暫留．例如在一張白色卡片紙的正、反面分別畫上鳥籠和鳥，讓卡片紙快速旋轉，當正、反兩面交替出現在眼前的時間間隔在0.1s之內時，人眼就能看到鳥在籠中的現象（圖甲）。一些城市地鐵行駛在某些區間時，乘客能看到窗外出現清晰的動態廣告，往往也是利用了視覺暫留的原理。某段地鐵內隧道廣告的制作方法如下：在隧道側壁與車窗相同高度處，沿運行方向每經過距離d，安裝一塊大小相同的廣告燈箱，如圖乙。燈箱采用頻閃方式實現亮、暗交替，且工作時各燈箱亮、暗同步變化（人的視覺暫留時間以0.1s計算）。（1）要實現時長15s的廣告效果，至少需要安裝塊廣告燈箱；（2）燈箱安裝好后，調節燈箱發光頻率f，控制地鐵速度v，當它們滿足下述哪種情況時，乘客能看到流暢穩定的廣告畫面？答：。A．，且B．，且C．，且D．，且（3）座位上乘客發現正常顯示的廣告畫面突然向地鐵前進方向緩慢移動，可能原因是（寫出一種即可）。7．為了開辟新航道，某科學探測船裝有回聲探測儀器，在探測水下有無暗礁，如圖所示，探測船發出的聲音信號0.6s后被探測儀器接收；（水中聲速為1500m/s）（1）探測船發出的聲音為了有更好的回收效果，最好用波；（2）這種方法能不能用為測量月亮到地球的距離？為什么；（）（3）通過計算說明海底障礙物到探測船底的距離是多少？（）8．下圖是利用超聲波測量距離時測距儀發出超聲波的運動位置距離與時間變化關系圖像、第1段圖像，表示超聲波勻速遠離測距儀；第2段圖像，表示超聲波遇到障礙物返回測距儀。超聲波在空氣中的速度不變，圖像關于圖中虛線對稱。（超聲波在空氣中的速度為340米/秒）（1）超聲波（選填“能”或“不能”）在真空中傳播，超聲波測距離說明超聲波可以。（2）若為6秒，則障礙物距離超聲波測距儀多遠？（）（3）利用超聲波還可以測量車速，測量原理為：測距儀正對著駛來的汽車先后發出兩個超聲波，儀器顯示兩個超聲波的運動位置距離與時間變化關系如圖。下圖中和分別為超聲波兩次碰到汽車時通過的路程，和分別為超聲波兩次碰到汽車所需的時間，那么即為汽車在兩次碰到超聲波的時間間隔內通過的距離，就是汽車兩次碰到超聲波的時間間隔，汽車速度。設，，從第一次發超聲波信號到第二次發超聲波信號之間間隔為，則小車運行速度為多少？（保留1位小數）（）9．閱讀短文，回答問題。超聲波指紋識別技術傳統指紋識別TouchID已成為智能的標配。隨著黑科技超聲波指紋識別技術SenseID的出現，屏下指紋的全面屏變得越來越普及。與傳統指紋識別不同，超聲波指紋識別技術是通過發射超聲波掃描緊貼屏幕的指紋，并根據接收到的反射超聲波分析得出指紋的信息，進行比對解鎖。超聲波是頻率超過人類聽覺上限的聲波，具有較強的穿透能力，能夠穿透波璃、鋁、不銹鋼、藍寶石或塑料等。此外，超聲波掃描能夠不受手指上可能存在的污物影響，例如汗水、護手霜或凝露等，從而提供一種更穩定、更精確的認證方法。（1）超聲波（選填“能”或“不能”）在真空中傳播。（2）超聲波傳播中遇到障礙物時（填“會”或“不會”）有一部分被反射回來形成回聲。（3）SenseID系統能置于內部，可以讓超聲波透過屏幕進行指紋識別，是因為超聲波具有的特點。（4）SenseID是利用了超聲波傳遞（選填“信息”或“能量”）的特性，請你再舉一個利用超聲波這種特性的例子：。（5）SenseID系統利用了仿生學原理，它模仿了下列哪個選項的生物。A．蝙蝠B．蜘味C．青蛙D．貓（6）SenseID系統向手指上若干個位置發射超聲波，檢測到被手指反射的信號時所需的時間隨位置的變化情況如圖1所示，由圖可知這些位置指紋的大致形狀，圖2選項最符合的是。10．閱讀《從傳聲筒到移動通信》，回答問題。從傳聲筒到移動通信我們每天都離不開，你知道科學家們發明它是受什么啟發嗎？是傳聲筒。讓我們去參觀中國科技館二層探索與發現主題展B廳——聲音之韻展，觀察、研究一下傳聲筒，直觀地去體驗傳聲筒傳遞聲音的過程吧。裝置簡介：兩個非常粗的傳輸聲音的金屬管在空中盤成螺旋狀，布置在展區的兩個不同位置，相距大約十幾米長，如圖1左上角就是其螺旋狀的管路之一。兩個傳輸聲音的金屬管分別為聽筒管路和話筒管路，兩個傳輸聲音的金屬管端口分別是聽筒和話筒，如圖2所示。就像人打一樣，用話筒說話，用聽筒聽聲音，如圖3所示。聲音是由物體振動所產生。在振動介質（空氣、液體或固體）中某一質點在平衡位置附近來回發生振動，并帶動周圍的質點也發生振動，逐漸向各方向擴展，這就是聲波。聲波前進的過程是相鄰空氣粒子之間的接力賽，它們把波動形式向前傳遞，它們自己仍舊在原地振蕩，也就是說空氣粒子并不跟著聲波前進！如圖4所示，連續振動的音叉，使周圍的空氣分子形成疏密相間的連續波形。聲波是一種振動的機械波，它的基本參數是頻率f、波長λ和波速v。通過示波器可觀測到可視化波形如圖5所示。頻率是聲源（或某一質點）1秒內來回振動的次數（單位為赫茲Hz），而聲源完成一次全振動經過的時間為一個周期T，其單位為秒。顯然，f＝。頻率與人耳主觀感覺聲音的音調有關。頻率越高，音調也越高。振幅與聲音的強度有關。波長是聲波在一個周期內傳播的距離，也是波形圖中相鄰波峰（或波谷）的距離。這三者的關系是v=λf。人耳能感覺到的聲波頻率范圍在20～20000Hz，稱為音頻波。在這個頻率范圍以外的振動波，就其物理特性而言與聲波相似，但對人類不引起聲音感覺。聲速亦稱音速，是聲波通過介質傳播的速度，它和介質的性質與狀態（如溫度）等因素有關。當溫度為22℃時，空氣中聲速為334.8m/s，水中聲速為1440m/s，鋼鐵中聲速為5000m/s?，F實世界中充斥著各種各樣的聲波，但因為聲波的能量隨擴展的距離逐漸消耗，最后聲音消失，一旦聲源遠離接受者就無法準確獲得信息。早在十八世紀歐洲已有“”一詞，用來指用線串成的話筒（以線串起杯子）。的出現要歸功于貝爾，早期機的原理為：說話聲音為空氣里的復合振動，可傳輸到固體上，通過電脈沖于導電金屬上傳遞。隨著現代移動通信技術的快速發展，聲音信號的傳遞借助電磁波傳送。電磁波能夠在真空中傳播，不但傳播速度快，而且頻率范圍廣，但它在水中會被吸收而急劇衰減。和我們關系最密切的就是這種移動通信工具，它兼具發射和接收兩種功能，在同步地球衛星的協助下能使通信范圍幾乎覆蓋地球上的每個角落。請根據上述材料和你學過的物理知識，回答下列問題：（1）“傳聲筒”的展示項目，形象地向觀眾展示了：當一名觀眾在管路一側發聲，管路中的振蕩，另一側的觀眾能夠聽到傳輸的聲音，兩人可進行對話。（2）以下的應用或工具利用“傳聲筒”原理的是（）A．醫生給病人看病用的聽診器B．水杯琴C．天壇回音壁D．超聲波醫學檢查（3）下列說法中正確的是（）A．一切發聲的物體都在振動B．聲音的傳播速度一定是340m/sC．聲波和電磁波都能傳遞信息，且都可以在真空中傳播D．潛入水中的潛艇通信使用電磁波（4）一列聲波從空氣中傳入水中，以下說法正確的是（）A．頻率增大，波速變大B．頻率不變，波速變小C．頻率不變，波長變長D．波速變小，波長變長三、填空題11．我國自主研制的“奮斗者”號載人潛水器在馬里亞納海溝成功完成了萬米級海試。潛水器配備了國際先進水平的聲學系統，聲學系統由母船部分和潛水器本體部分組成，為“奮斗者”號實現了水聲通信、精細探測和定位導航。水聲通信是“奮斗