超声波和次声波

声波的频率范围及利用声波的频率范围分为三个频段：一：次声波（人耳听不到）0.0001-20Hz。

大功率的次声波可以摧毁一切生命。

二，声波：（人耳可听到的，因人而异）一般为：20-16000Hz。

三：超声波：16000-10的12次方Hz，是人耳听不到的范围,许多动物可听到，电子驱蚊器就是用40-65kHz的超声波让它们讨厌。

超声波还用在医疗诊断、定位探测等。

频率在20～20000赫兹之间的低于人听觉频率的声音，我们称之为次声。

人的耳朵虽然听不到次声，身体的各个部分却能感觉得到。

法国学者们通过研究得出结论，认为次声不论怎样总对人体有害。

弱的次声波会影响内耳，引起晕船；强的次声波振动身体，损伤人体器官，甚至导致心跳骤停；中等强度的次声会扰乱消化道和脑的功能，出现昏厥、全身乏力等症状。

为什么次声会造成这样的损害呢？原来，人体各器官总是有一定振动频率的，当次声频率与某器官的固有频率吻合时，便会对其产生强烈的刺激，使人体感到不适。

对人体最不利的是频率在2～15赫兹之间的次声。

因为人体的固有频率是7～13赫兹，头部固有频率为8～12赫兹，胸腹腔内脏固有频率为4～6赫兹。

2～15赫兹的次声正好在这些固有频率范围内，一旦功率过大，就极易与人体器官产生共振，造成头晕、恶心、肌肉痉挛、呼吸困难、惊恐、失去知觉等症状，甚至可能导致大小血管破裂而死亡。

因此，虽然次声无形无声，也不能小看了它的危害性。

自然界中次声的来源很多。

雷击、地震、飓风、火山爆发、极光、山崩、森林火灾等都可产生次声，不过次声最大的来源还是海洋。

1953年，前苏联科学院院士苏列金认为，在风暴和强风的作用下，在波涛表面上方会发生波峰部的波流断裂现象，于是便会产生次声波。

次声波的能量与波浪的长度的平方成正比。

当海浪速度为20米／秒时，每平方米的波浪峰面上次声的功率可为3瓦。

所以，一个并不算大的风暴，次声波的功率就可达数千瓦。

同时，由于次声波的能量在空气中传播时消耗很少，因此比起其他高频声音来它可以传播到更远的地方，危害也能随之传得更远、更广。

1．超声波(1)超声波，频率高于20000Hz的声波，叫超声波．(2)超声波的特点．①几乎呈直线传播，具有较强的穿透能力和良好的反射性能．②探测距离远，定位精度高．③检测灵敏度高，可获得丰富的探测信息．④对人体危害很小．(3)超声波的应用：①超声波在工业生产中的应用：包括超声检测、超声探伤、功率超声、超声处理、超声诊断、超声治疗等。

超声在工业中可用来对材料进行检测和探伤，可以测量气体、液体和固体的物理参数，可以测量厚度、液面高度、流量、粘度和硬度等，还可以对材料的焊缝、粘接等进行检查。

超声清洗和加工处理可以应用于切割、焊接、喷雾、乳化、电镀等工艺过程中。

超声清洗是一种高效率的方法，已经用于尖端和精密工业。

大功率超声可用于机械加工，使超声在拉管、拉丝、挤压和铆接等工艺中得到应用。

②在农业中，可以用超声对有机体细胞的杀伤的特性来进行消毒灭菌，对作物种子进行超声处理，有利于种子发芽和作物增产。

③在医学中的超声诊断发展甚快，已经成为医学上三大影象诊断方法之一，与X线、同位素分别应用于不同场合，例如超声理疗、超声诊断、肿瘤治疗和结石粉碎等。

④液体处理和净化可应用于环境保护中，例如超声水处理、燃油乳化、大气除尘等。

⑤在生活中的应用：超声波驱蚊器等。

2．次声波(1)次声波：频率低于20Hz的声波，叫次声波.(2)次声波的特点：①次声波可以传播很远的距离．②次声波在传播过程中不易被障碍物阻挡．③次声波容易与生物发生作用.(3)人类周围的次声波①自然次声．如狂风暴雨、闪电雷鸣、极光放电、流星爆炸、火山爆发以及地震、海啸、台风等都可以发出频率在0.01 Hz至10Hz的次声波．②人体次声．人体本身也是次声源，如心脏跳动可发出5 Hz到20Hz的次声波．我们称之为人体次声．如高速行驶的卡车可产生次声，核爆炸、火箭起飞都能产生次声．(4)次声的应用．①研究自然次声的特性和产生机制，预测自然灾害性事件．例如台风和海浪摩擦产生的次声波，由于它的传播速度远快于台风移动速度，因此，人们利用一种叫“水母耳”的仪器，监测风暴发出的次声波，即可在风暴到来之前发出警报．利用类似方法，也可预报火山爆发、雷暴等自然灾害。

次声波和超声波【基础知识诱思】我们知道声响是水下探测的主要器材，声响以“声音定位”方式去搜索目标，即通过换能器向一定方向发射短促的脉冲声信号，在遇到水中目标后反射回换能器，再经过转换、计算得出水中目标的位置，这即是主动声呐；另外声响也可以采用收听目标的噪音来判定目标的位置，这就是“噪音测向仪”，称之为“被动式声呐”．出现真正的声响系统首先是被动潜艇探测装置．之后，主动声呐由于方向性准确较高，而使老式的被动声呐黯然失色．但是随着潜艇技术的迅速发展，特别是水下速度的提高，对被动声响有了新的要求，那么大家知道声响所用的声波是哪个范围的吗？这种声波有何特点？【重点难点解读】问题一：超声波和次声波的定义解读：超声波：频率高于2×104Hz 的声波叫超声波，人耳感觉不到．次声波：频率低于20Hz 的声波叫次声波，人耳感觉不到．时问题二：超声波和次声波的特点及应用解读：（1）超声波的特点及应用：①频率高，波长短，不易衍射．因而可以定向发射，利用反射回的声波探测物体，如声呐仪，用它可探测海水的深度、鱼群的位置、有无暗礁以及潜艇的潜伏位置等．②穿透能力很强．可以利用这一特点进行金属内部探伤、探测大坝是否有裂痕等等． 超声波在医疗上有着广泛的用途：如“B 超”的应用，“超声波多普勒仪”等，还可用超声波杀菌、雾化药液、击碎结石等等．（2）次声波的特点及应用：次声波的频率低，波长长，易发生衍射现象．因此，可以通过接收海啸、台风、地震产生的次声波进行防害预报，也可在较远距离外探知核实验、火箭的发射情况以及制造威力巨大的次声武器等．【解题技法点拨】明确次声波与超声波的频率范围和各自特点是解决问题的关键例 人耳能听到的声音的最高频率是20000Hz ，狗能听到的声音的最高频率是50000Hz ，蝙幅能发出且能听到的声音频率高达120000Hz ，分别求出人、狗、蝙幅能听到的在0℃空气中传播的声波的最短波长．点拨：本题考查了波长、波速和频率三者的关系，已知0℃时空气中的卢速v=332m/s ，则其波长可由f v =λ得到，设人、狗、蝙蝠能听到的声波最短波长分别为λ1、λ2、λ3，则由λ=f v 得 λ1=200003321=f v m=1.66×10-2mλ2=500003322=f v m=6.64×10-3m λ3=1200003323=f v m=2.77×10-3m 答案：人、狗、蝙蝠能听到的最短波长分别为1.66×10-2m ，6.64×10-3m ，2.77×10-3m【经典名题探究】考点：次声波和超声波的概念及特点例1 下列关于次声波和超声波的说法，正确的是（ ）A ．次声波和超声波不能形成声音，所以它们不是声波B ．次声波和超声波都是机械振动引起的C ．次声波的波长很短，超声波的波长很长D ．次声波和超声波都不容易产生明显的衍射现象分析：考查了超声波和次声波的区别与联系．次声波和超声波与我们所能听到的声音波一样，都是由机械振动产生的，只是它们的频率或低或高，所以它们都是声波，所以A 错、B 正确；次声波的频率较低，因而波长较长，易发生明显衍射现象，由超声波的频率较高，波长较短，因而不易发生明显衍射现象，所以C 、D 都错．答案：B探究：有些物理概念若不谨慎很容易混淆，如“发生衍射”与“发生明显衍射”、“叠加”与“干涉”等，那么“声音”与“声波”是一回事吗？（提示：不是，声音特指人能听到的声波，是声波的一个范围内的部分）姊妹题 以下说法正确的是（ ）A ．无论什么波，只要频率大于20000Hz 就叫超声波B ．凡是频率在20Hz －20000Hz 的声波人耳就能听到C ．强烈的次声波会对人体造成危害D ．由于次声波波长较长，所以在空气中比超声波传播得快答案：C例2 对空气中波长为100m 的声波，下列说法正确的是（ ）A ．在同一介质中，比波长20m 的声波传播快B ．不能被听见C ．波长太长，不能产生明显衍射D ．传播距离较远分析：本题考查了波的传播特点及次声波的有关特点，声波在介质中的传播速度是由介质决定的，与声波的频率无关，所以A 错；波长100m 的声波在空气中频率大约为f =100340Hz=3.4Hz ，所以属于次声波，所以B 正确；次声波波长较长，易发生明显衍射，越过障碍物，传播距离较远，所以C 错、D 正确．答案：BD探究：只有确定声波是哪一类波，逐步缩小范围才可根据其特点进行分析判断，这也是分析解决问题的基本方法，以后学习中须灵活运用．姊妹题 有一波长为0．001m 的机械波，下列说法正确的是（ ）A ．若该波在空气中传播，只要振幅足够，人就能听到B．该波较难发生明显衍射现象，接近直线传播C．该波在水中比在空气中传播快D．该波属于超声波答案：BCD【思维误区诊断】易错点：超声波和次声波的产生原因及其特点，解题时对知识掌握不牢时，易产生一些主观想法如认为引起人的听觉不是决定于声音的频率而是决定于声音的强度这样的错误．例下列说法中错误的是（）A．次声波的频率很低，但只要强度足够大，也能引起人的听觉的注意B．地震、台风、桥梁的振动都能产生次声波C．利用超声波可对牛奶消毒D．蝙蝠和海豚都有完善的超声波发射和接收器官[误点诊断] 错选C．次声波的频率很低，但只要强度足够大，就能引起人的耳膜振动，引起听觉，所以A正确；地震、台风可以发射次声波，但桥梁的振动不能产生次声波，B错，CD正确．错因是由于对[基础知识]掌握不牢，引起人的听觉不是只由声音强度决定，而更重要的取决于声音频率．[名师批答] 能不能引起听觉不仅决定于声波的强度，而是首先决定于声波的频率，人的听觉频率为20Hz～20000H、低于20Hz，无论振动多强，都听不到，所以A错；地震、台风Iii产生次声波，而桥梁的振动很缓慢，因而也可以产生次声波，所以B上确；C、D也正确．答案：A【同步达纲练习】[基础知识]1．超声波的频率范围是（）A．2Hz～20MHz B．大于2MHzC．大于20kHz D．20kHz～20MHz2．关于超声波与次声波，以下说法中正确的是（）A．都不能被人听到B．在同一介质中传播速度不同C．次声波的波长长，而超声波的波长短D．都有很强的穿透力3．“B超”中所用的超声波属于（）A．电磁波，且为横波B．电磁波，且为纵波C．机械波，且为横波D．机械波，且为纵波4．波长为60m的声波在空气中传播，下列说法中正确的是（）A．比波长为30m的声波传播得慢B．不能产生衍射C．不能被人听见D．不能产生反射5．蝙蝠通过发射和接收超声波来确定猎物的方位和距离，设蝙蝠每次发出100个完全波，频率为1×105Hz，每秒发射50次，它在1s内发射超声波的时间为（）A．1s B．0.5s C．0．1s D．0．05s6．医学上进行人体检查的“B超”是利用了超声波的性质．7．利用超声波可以探测鱼群的位置，在一只装有超声波发射和接受装置的渔船上，当它向选定的方向发射出频率为5.8×104Hz的超声波后，经过0.64s收到从鱼群反射回来的反射波，已知5.8×104Hz的超声波在水中的波长为2.5cm，则这群鱼到渔船的距离为多少米？8．潜艇探测水中目标时常用声呐，声呐向水中目标发射超声波，超声波被目标反射后又被潜艇的声呐系统所接收．测出发送到接收经过的时间就可知潜艇和目标之间的距离．声呐发出的超声波频率为4×104Hz，发出一个脉冲时间0.015s，超声波在水中的波速为1450m／s，从声波发出到接收到目标的回波经历时间0.6s，则：该超声波波长多少米？一列声波有多少个完全波？潜艇到目标距离为多少？9．次声波和超声波在同一介质中传播的速度相同吗？在0℃的空气中，次声波的最短波长是多少？超声波的最长波长是多少？[能力提升]1．利用超声波探查人体组织器官疾病称为超声诊断，“B超”是目前超声诊断中最常用的方法，所用超声波频率一般为2～20MHz，超声波在人体组织内的平均速度为1540m／s，超声波在人体内的波长范围是（）A．1.7×10-5～1．7×10-4m B．7.7×10-5～7.7×10-4mC．1.7×10-5～7.7×10-4m D．7．7～77 m2．在水中的可闻声波传入空气中（）A．声速变小，波长变短B．由纵波可能变为横波C．由于波长变短，可能变为超声波D．由于波长变短，更容易发生衍射现象3．关于超声波和次声波，下列说法正确的是（）A．次声波和超声波都不能引起人类听觉器官的感觉B．次声波和超声波都容易发生明显的衍射现象C．次声波在传播过程中基本上是沿直线传播的D．超声波在传播过程中基本上是沿直线传播的4．由台风、地震引起的巨大海浪都能发出次声波，所以，接收次声波能预报破坏性很大的海啸、台风，这表明（）A．由地震引起的巨大海浪的传播速度和台风中心的移动速度大于次声波的波速B．由地震引起的巨大海浪的传播速度和台风中心的移动速度小于次声波的波速C．由地震引起的巨大海浪的传播速度和台风中心的移动速度等于次声波的波速D．能预报破坏性很大的海啸、台风，在技术上与次声波的传播速度无关5．说明为什么有些动物对地震、台风等比人更敏感，人类怎样利用这些动物的异常反应进行预报？6．有一种能导致人神经麻痹的武器——“次声炸弹”．次声波能使人产生头痛、心悸恶心等种种不适，严重的会使内脏振坏而丧生，研究表明，人体内脏固有频率约在0.01Hz～20Hz，试应用物理知识说明为什么次声波会对人体产生严重损害？【参考答案】[基础知识]1．C 2．AC 3．D 4．C 5．D 6．反射7．464m 分析：设渔船距鱼群的距离为s ，从发射超声波到接收到超声波通过的路程2s=vt ，又v ＝λf ，所以s=m m ft vt 464264.0108.5025.0224=⨯⨯⨯==λ. 8．0.03625m 600个 435m分析：该超声波的波长41041450⨯==f v λm=0.03625m ；一列声波所包含的波的个数n=0.015×4×104=600，潜艇到目标的距离L=21×0.6×1450m=435m. 9．相同，16.6m ，1.66x10-2m[能力提升]1．B 2．A 3．AD 4．B5．有些动物如家畜、鱼等对地震和台风发生时发出的次声波比人敏感．6．因次声波的频率低于20Hz ，若体外次声波的频率等于或接近于人体的内脏的固有频率，将发生共振，使内脏剧烈振动，从而使人体受到严重损伤甚至使人死亡．。

频率小于20Hz（赫兹）的声波叫做次声波。

次声波不容易衰减，不易被水和空气吸收。

而次声波的波长往往很长，因此能绕开某些大型障碍物发生衍射。

某些次声波能绕地球2至3周。

某些频率的次声波由于和人体器官的振动频率相近，容易和人体器官产生共振，对人体有很强的伤害性，危险时可致人死亡。

次声波的特点次声波的特点是来源广、传播远、穿透力强.次声的声波频率很低，一般均在20Hz以下，波长却很长，传播距离也很远.它比一般的声波、光波和无线电波都要传得远.例如，频率低于1Hz的次声波，可以传到几千以至上万千米以外的地方.次声波具有极强的穿透力，不仅可以穿透大气、海水、土壤，而且还能穿透坚固的钢筋水泥构成的建筑物，甚至连坦克、军舰、潜艇和飞机都不在话下.次声波的传播速度和可闻声波相同，由于次声波频率很低。

大气对其吸收甚小，当次声波传播几千千米时，其吸收还不到万分之几，所以它传播的距离较远，能传到几千米至十几万千米以外。

1883年8月，南苏门答腊岛和爪哇岛之间的克拉卡托火山爆发，产生的次声波绕地球三圈，全长十多万公里，历时108小时．1961年，苏联在北极圈内新地岛进行核试验激起的次声波绕地球转了5圈。

7 000 Hz的声波用一张纸即可阻挡，而7 Hz的次声波可以穿透十几米厚的钢筋混凝土．地震或核爆炸所产生的次声波可将岸上的房屋摧毁．次声如果和周围物体发生共振，能放出相当大的能量，如4 Hz～8 Hz的次声能在人的腹腔里产生共振，可使心脏出现强烈共振和肺壁受损。

编辑本段应用与危害危害次声波会干扰人的神经系统正常功能，危害人体健康。

一定强度的次声波，能使人头晕、恶心、呕吐、丧失平衡感甚至精神沮丧。

有人认为，晕车、晕船就是车、船在运行时伴生的次声波引起的。

住在十几层高的楼房里的人，遇到大风天气，往往感到头晕、恶心，这也是因为大风使高楼摇晃产生次声波的缘故。

更强的次声波还能使人耳聋、昏迷、精神失常甚至死亡。

应用及前景从20世纪50年代起，核武器的发展对次声学的建立起了很大的推动作用，使得对次声接收、抗干扰方法、定位技术、信号处理和传播等方面的研究都有了很大的发展，次声的应用也逐渐受到人们的注意．其实，次声的应用前景十分广阔，大致有以下几个方面：1．研究自然次声的特性和产生机制，预测自然灾害性事件．例如台风和海浪摩擦产生的次声波，由于它的传播速度远快于台风移动速度，因此，人们利用一种叫“水母耳”的仪器，监测风暴发出的次声波，即可在风暴到来之前发出警报．利用类似方法，也可预报火山爆发、雷暴等次声波自然灾害．2．通过测定自然或人工产生的次声在大气中传播的特性，可探测某些大规模气象过程的性质和规律．如沙尘暴、龙卷风及大气中电磁波的扰动等．3．通过测定人和其他生物的某些器官发出的微弱次声的特性，可以了解人体或其他生物相应器官的活动情况．例如人们研制出的“次声波诊疗仪”可以检查人体器官工作是否正常．4．次声在军事上的应用，利用次声的强穿透性制造出能穿透坦克、装甲车的武器，次声武器——般只伤害人员，不会造成环境污染。

超声波和次声波的定义
超声波和次声波是两种不同频率的声波，它们在物理学、医疗和科学
等领域都有着重要的应用。

下面就让我们了解一下这两种声波的定义。

一、超声波
1. 定义：超声波是一种频率超过人耳可听到的最高频率（20kHz）的
声波，它的频率一般在20kHz至1GHz之间。

2. 特点：超声波在能量传输、穿透和反射等方面有着独特的性质，它
可以穿透物质并在其表面产生反射，对生物组织和工程材料的检测和
成像、医疗影像等方面具有广泛的应用。

3. 应用：超声波在医学、工程、地质、环保等领域都有着广泛的应用。

在医疗方面，超声波可以用于人体器官的成像、诊断和治疗，如
超声心动图、超声胃镜、超声碎石等。

在工业领域，超声波也可以用
于检测、清洗、焊接等操作。

二、次声波
1. 定义：次声波是一种频率低于人耳可听到的最低频率（20Hz）的声波，它的频率一般在1Hz至20kHz之间。

2. 特点：次声波的特点是能够穿透和传导固体和液体的介质，对于地
震和海洋科学研究方面具有重要的意义。

3. 应用：次声波在科学研究、环保和军事领域都有着广泛的应用。

在
科学研究方面，次声波可以用于地震勘探、海洋观测、气候研究等。

在环保方面，次声波可以用于监测环境污染和生态系统变化。

在军事
领域，次声波可以用于水下通讯和探测潜艇等作用。

总之，超声波和次声波作为两种不同频率的声波，在不同领域都有着重要的应用价值。

掌握它们的定义和应用是我们深入了解和学习相关领域知识和科技发展的重要基础。

10.9 次声波和超声波教学目标：①知道次声波和超声波的频率，知道它们不同于可闻声波的特性②了解次声波和超声波的实际应用引 入:在生活中我们可听到各种各样的声波，但是人耳能听到的声波的频率范围是有限的，大致在20 Hz 到2000 Hz 之间.频率小于20 Hz 和频率大于2000 Hz 的声波，虽不能引起人类听觉器官的感觉，但它们对人类有很大的实际意义，本节课我们就来共同学习这两种波.一、声波1．什么是声波？声波是机械波的一种，在弹性介质（固体、液体、气体）中，频率在20～20000Hz 的机械振动称为声振动。

由声振动激起的波动称为声波。

在空气与水中传播的声波是纵波，在固体中传播的声波则可以是纵波，也可以是横波。

2．声波的分类：①可闻声波：人耳能听到的声波的频率大约在20Hz —20000Hz 之间，这一频率范围的声波能被人耳听到，称为可闻声波。

②次声波：频率低于20Hz 的声波称为次声波，次声波不能被人耳听到 ③超声波：频率高于20000Hz 的声波称为超声波，超声波不能被人耳听到3．声波的速度：气体中纵波的速度： ργP v =其中γ=C p,m /C v,m 是气体的定压摩尔热容与定容摩尔热容之比。

ρ、P ：气体的密度和压强。

在1atm 和0℃时，空气中声速为：15331293.110013.14.1-⋅=⨯⨯=s mv 由理想气体状态方程RT Pμρ＝得到声波在气体中的传播速度μγRT v = 声波的传播速度几乎与频率无关，但是由于速度与介质的密度有关，所以声波的传播速度对于温度和压强的变化很敏感。

在同一温度下，声波在液体与固体中的速度大于在空气中的速度。

4．声强：定义：声波的能流密度叫做声强。

2221ωρvA I = SI 制单位：W .m -2超声波 ω大 声强大炮 声 A 大 声强大声强太小，不引起听觉 ——下限声强太大，不引起听觉，引起痛觉 ——上限对于不同频率的声波，引起听觉的上下限值是不同的：各频率上限连接而成的曲线——痛觉阈（threshold of feeling ）各频率下限连接而成的曲线——可闻阈（threshold of hearing ）两条曲线之间的范围为听觉范围：10－12W .m -2～1W .m -25．声强级（Sound Level ）：引起人们听觉的声强变化范围变化很大，为10－12W .m -2～1W .m -2，数量级相差很大。