《超聲波》國中物理教案設計

教學重點和難點：

超聲波的應用

學生查詢、交流資訊、應用知識的能力

課前準備：

收集資訊

處理資訊（在醫學上、在軍事上、在生活中、近代科學技術）製成Powerpoint

教學設計圖示：

學習內容 學生活動 教師活動與意圖

什麼是超聲波

超聲波有哪些主要特徵

超聲波有哪些應用 收集資訊

處理資訊（在醫學上、在軍事上、在生活中、近代科學技術） 充分培養學生自主探索的能力，把學校的課堂與社會實踐和科學技術緊密地聯絡在一起

教學過程設計：

新課的引入：

播放海豚表演的視訊，提出問題：你知道海豚是如何捕食嗎？

新課的教學：

學生主持：今天我們就學習超聲波，我們人耳能感覺到聲音的頻率在20 Hz 至20000Hz之間．頻率低於20Hz和高於20000Hz的聲波，都不能引起人的聽覺，低於20Hz的聲波叫次聲波，高於20000Hz的聲波叫超聲波．超聲波的特點：束射特性、吸收特性、超聲波的能量傳遞特性、超聲波的聲壓特性．現在我分別介紹它們．

一．束射特性

由於超聲波的波長短，超聲波射線可以和光線一樣，能夠反射、折射，也能聚焦，而且．遵守幾何光學的定律．即超聲波射線從一種物質表面反射時，入射角等於反射角，當射線透過一種物質進入另一種密度不同的物質時就會產生折射，也就是要改變它的傳插方向，兩種物質的密度差別愈大，則折射也愈大．

二．吸收特性

聲波在各種物質中傳播時，隨著傳播距離的增加，強度會漸進減弱，這是因為物質要吸收掉它的能量．對於同一物質，聲波的頻率越高，吸收越強．對於一個頻率一定的聲波，在氣體中傳播時吸收最歷害，在液體中傳播時吸收比較弱，在固體中傳播時吸收最小．

三．超聲波的能量傳遞特性

超聲波所以在各個工業部門中有廣泛的應用，主要之點 還在於它比可聽聲波具有強大得多的功率．為什麼有強大的功率呢?因為當聲波到達某一物資中時，由於聲波的作用使物質中的分子也跟著振動，振動的頻率和聲波頻率—樣，分子振動的頻率決定了分子振動的速度．頻率愈高速度愈大．物資分子由於振動所獲得的能量除了與分子的質量有關外，是由分子的振動速度的平方決定的,所以如果聲波的頻率愈高，也就是物質分子愈能得到更高的能量、超聲波的頻率比可聽聲波可以高很多，所以它可以使物資分子獲得很大的能量；換句話說，超聲波本身可以供給物質足夠大的功率．

四．超聲波的聲壓特性

當聲波通入某物體時,由於聲波振動使物質分子產生壓縮和稀疏的作用，將使物質所受的壓力產生變化．由於聲波振動引起附加壓力現象叫聲壓作用．由於超聲波所具有的能量很大，就有可能使物質分子產生顯著的聲壓作用、例如當水中通過一般強度的超聲波時，產生的'附加壓力可以達到好幾個大氣壓力．液體中存起著如此巨大的聲壓作用，就會引起值得注意的現象．當超聲波振動使液體分子壓縮時，好像分子受到來直四面八方的壓力；當超聲波振動使液體分子稀疏時，好像受到向外散開的拉力，對於液體，它們比較受得住附加壓力的作用，所以在受到壓縮力的時候；不大會產生反常情形．但是在拉力的作用下，液體就會支援不了,在拉力集中的 地方，液體就會斷裂開來，這種斷裂作用特別容易發生在液體中存在雜質或氣泡的地方，因為這些地方液體的強度特別 低，也就特別經受不起幾倍於大氣壓力的拉力作用．由於發生斷裂的結果，液體中會產生許多氣泡狀的小空腔，這種空泡存在的時間很短，一瞬時就會閉合起來．空腔閉合的時候會 產生很大的瞬時壓力，一般可以達到幾千甚至幾萬個大氣壓力．液體在這種強大的瞬時壓力作用下，溫度會驟然增高． 斷裂作用所引起的互大瞬時壓力，可以使浮懸在液體中 的固體表面受到急劇破壞．我們常稱之為空化現象．

現在由每組推薦的同學給大家介紹超聲波的應用．

第一組：超聲波在醫學上的應用

人體各個內臟的表面對超聲波的反射能力是不同的，健康內臟和病變內臟的反射能力也不一樣．平常說的“B超”就是根據內臟反射的超聲波進行造影，幫助醫生分析體內的病變．美國科學家正在研究用超聲波止住病人體內出血的新技術，可免除手術止血的痛苦與危險．

據新一期英國《新科學家》雜誌報道，醫生通常用動手術的方式來為病人止血，這一方法風險較大．有研究者設想用超聲波對體內傷口進行加熱燒灼，藉以止血．但如果出血位置在腦部，或出血面積較大，這種方法就很不可取．

美國華盛頓大學的科學家發現，高密度聚焦超聲波能加快自然凝血過程，無須加熱燒灼傷口就能止血．實驗表明，超聲波會加快血液運動，啟用血小板，使它們錯認為自己是在流經一個破裂的傷口，從而加強粘著性，與細胞膜及其它血小板粘附，促進凝血． 這一方法比手術止血和超聲波加熱止血更安全．研究人員將進一步完善這項技術，先在動物身上試驗，然後用於人體．

第二組：超聲波在軍事上的應用

為什麼在水中不採用雷達、衛星遙感技術等先進技術而仍用落後的聲納呢？

海水能吸引電磁波，雷達用不上了．海水吸熱能力太強，紅外線技術無用武之地；水的透光能力差，而吸收光的能力卻很強，光學觀察裝置如望遠鏡也使不上了．特別是深海中一片漆黑，什麼也看不見．探照燈又會暴露自己． 而海水的傳聲能力卻比在空氣中強得多．聲納技術就應運而生了．聲納機發出一束不同頻率的聲音訊號，再用特殊裝置接受反射訊號加以分析，這樣就如同安上了蝙蝠的耳朵，周圍的情況也就知道了

第三組：超聲波在生活中的應用

超聲波鼠蟲驅除器：超聲波沒有穿透力，故遇到障礙物不能穿透，但是能反射回來，但是必須是硬物體才能反射，但損耗很大．超聲波遇軟物體能被吸收，如窗簾、沙發、衣、被等物，所以也影響它的使用面積．該儀器壽命3年以上耗電極微，每月1—3度電，輸出為1W電壓為11伏對人無危險傷害，安全可靠

超聲波洗衣機：徹底“拋棄”洗衣粉，與傳統洗滌方式不同，超聲波洗衣機主要利用超聲波的“空化”作用（超聲波作用於液體時可產生大量小氣泡 ．一個原因是液體內區域性出現拉應力而形成負壓，壓強的降低使原來溶於液體的氣體過飽和，而從液體逸出，成為小氣泡．另一原因是強大的拉應力把液體“撕開”成一空洞，稱為空化．空洞內成為液體蒸氣或溶於液體的另一種氣體，甚至可能是真空．因為空化作用形成的小氣泡會隨周圍介質的振動而不斷運動、長大或突然破滅．破滅時周圍液體突然衝入氣泡而產生高溫、高壓，同時產生激波．和空化作用相伴隨的內摩擦可形成電荷，並在氣泡內因放電而產生髮光現象．在液體中進行超聲處理的技術多數與空化作用有關），產生巨大能量，將汙垢從衣物上“震”下來溶解到水中，然後再通過內筒的轉動對衣物進行摔打和水流穿透，洗淨衣物．超聲波洗衣機不僅無汙染，而且比普通洗衣機節水三分之一．

BJ49-密度計超聲波清洗器，本系列儀器的超聲波發生源和震板為獨立元件,主要適用於油田、煉油廠密度計圓管內壁清洗，同時也適於各種相同密度計尺寸規格的管道、圓管、方管內壁的清洗．

超聲波加溼器

第四組：超聲波在近代科學技術上的應用

很多動物都有完善的發射和接收超聲波的器官．以昆蟲為食的蝙蝠，視覺很差，飛行中不斷髮出超聲波的脈衝，依靠昆蟲身體的反射波來發現食物．海豚也有完善的“聲納”系統，使它能在混濁的水中準確地確定遠處小魚的位置 ．現代的無線電定位器——雷達，質量有幾十、幾百、幾千千克，蝙蝠的超聲定位系統只有幾分之一克，而在一些重要效能上，如確定目標方位的精確度、抗干擾的能力等都遠優於現代的無線電定位器．深入研究動物身上各種器官的功能和構造，將獲得的知識用來改進現有的裝置和創制新的裝置，這是近幾十年來發展起來的一門新學科，叫做仿生學．

教學反思：

教學點評：

通過本節知識的學習，同學們對超聲波有了更深刻的認識，首先對所有的同學付出的努力我感到很高興，大家通過自己的查詢資料學到了書本上沒有知識，而且每組成員之間的合作、同學們的自由發言、提問都非常的出色．現在我們整理一下課堂學習的思路是什麼？

提出問題 合作討論 得出結論．現在同學們完成下列表格，選出自己認為優秀的同學