大学物理声波-超声波

§8.5声波超声波一、声波声波是机械波一个。在弹性介质中传输纵波，其频率约在20到0Hz范围内，能引发人听觉，这种波叫作声波。频率低于20Hz叫次声波，高于0Hz叫超声波。超声波含有波动普通特征，也能产生反射、折射、干涉和衍射等现象。气体中声速为气体定压摩尔热容与定容摩尔热容之比，P为气体压强,。为气体密度第1页如在标准状态下，空气中声速为例试求摩尔质量为m、温度为T理想气体中声速。解可见在同一温度下，声波在液体和固体中传输速度要比在气体中大得多第2页声压介质中有声波传输时压强与无声波时静压强之间有一差值，这一压强差称为声压。声压成因很显著，因为声波是疏密波，在稀疏区域，实际压强小于原来静压强，在稠密区域，实际压强大于原来静压强。显然，因为介质中各点声振动作周期性改变，声压也在作周期性改变。前者声压为负值，后者声压为正值。对平面简谐波来说，能够证实声压振幅为第3页声强声强级单位时间内经过垂直于声波传输方向单位面积声波能量，叫声波能流密度或声强。能够证实，声强公式为超声波频率高，因而它声强就很大。爆炸声、炮声等声波因为振幅大、声强也能够很大。即声强与频率平方、振幅平方成正比，其单位是

能够引发人听觉声强范围大约为10-12W·m-2～1W·m-2。此范围很大。第4页通常要求声强I0＝10-12W·m-2(即相当于频率为1000Hz声波能够引发听觉最弱声强)为测定声强标准。假如某一声波声强为I，则比值I/I0对数，叫作对应于声强I声强级L

声强级

L单位为贝耳(B)。B这一单位太大，实际应用时通常采取贝耳1/10，即分贝(dB)为单位，在声学中惯用声强级来描述声波在介质中各点强弱。第5页声

源声强（W.m-2）声强级/dB响度引发痛觉声音1120

震耳钻岩机或铆钉机10-2

100

震耳交通繁忙街道10-570响通常谈话10-660正常耳语10-1020轻树叶沙沙声10-1110极轻引发听觉最弱声音10-120

一些常碰到声音声强声强级和响度第6页二、超声波普通在气体中使用超声波频率可达106Hz，在固体和液体中使用超声波频率可达109Hz，利用共振现象能够增大其振幅，得到很强功率。超声波波长很短，普通为10-6～10-4m.波长越短，衍射现象越不显著，所以超声波易于定向；它在反射、折射及聚焦等方面与光波相同，从而能够得到高能量、方向性良好超声波束。在空气中超声波阻尼很大，但在液体、固体中阻尼很小。尤其在导体性溶液(如海水)中，这些特征，在实践中得到广泛应用。第7页超声检测技术利用超声波定向发射性质,能够探测水中物体,如探测鱼群、潜艇等,也能够测量海水深度,研究海底地形起伏,发觉海礁和浅滩.在工业上,超声波能够探测工件内部缺点(如气泡、裂缝、砂眼等)超声波与打鱼如试验研究发觉，鱼在觅食时可发出一定特征声谱。当人工模仿或直接播放鱼在觅食时发出特征声谱时，即使不投放诱饵也可引诱大量鱼群，大大有利于捕捞。第8页超声波在食品加工及医学上应用因为超声波破坏作用，能使微生物和病毒死亡。所以，在制备水果罐头牛奶、饮水、血清、培养苗、疫苗等时，均可使用超声波消毒。利用超声波乳化、凝结和扩散作用能够将一些不溶于水药品制成水溶液或针剂。超声波扫描仪用于动物疾病诊疗，以及利用超声波热效应治疗动物一些疾病等。超声波对肌肉温热作用可解除张力，发生普遍充血现象，软化疤痕及改进循环等效果。第9页超声波对植物作用用一定强度和频率超声波处理大麦，结果发觉其发芽平均时间缩短，萌发机能也增加了。