資源簡介

中小學教育資源及組卷應用平臺
2.3 聲的利用（教學設計）
年級 八年級 授課時間
課題 2.3 聲的利用
教學 目標 1. 了解聲的有關知識和應用，知道聲可以傳遞信息，傳遞能量。 2. 通過學習聲在現代技術中的應用，體會科學、技術與社會的聯系。
教材 分析 教材注意區分了聲和聲音這兩個概念。聲的概念比較廣，包括聲音、超聲、次聲等；而聲音的概念相對而言要窄得多，它僅指人耳年能感覺到的那部分聲。關于聲和聲音兩個概念，教學中教師注意正確使用即可，不必對學生明示。 聲在實際生活中有著廣泛的應用。限于篇幅，教材中只介紹“聲與信息”和“聲與能量”。課文列舉了大量事例，讓學生感知物理與生活的聯系。本節的教學應鼓勵學生自己從生活中的感知或查閱的資料中了解利用聲的實例和它們的工作原理。另一方面，應發揮學生的想象力，鼓勵他們制作一些利用聲的小發明。 學生在日常生活中已經接觸過利用聲的事例，因此，請學生說出所了解的利用聲的現象。要求是當有人發言時，其他人必須仔細傾聽，保證每個人充分發表自己的意見。在這種完全自由的情境下，一個人所提出的哪怕是很不成熟的觀點也可能激發其他人的思維，產生一系列新的想法。 在學生充分發表各自的看法后，教師可對聲在社會生活中應用的情況進行分類。可以按照教材分為“聲與信息”和“聲與能量”兩類，也可按照聲在醫療、工業、軍事、日常生活等方面的利用分類，然后根據分類進行總結性的講解，在講解中應對學生遺漏的例子進行補充。 也可結合音像資料對天壇進行介紹，對學生進行愛國主義教育。
學情 分析 學生對聲音的傳遞和能量傳遞的概念有一定的了解，但對聲音傳遞信息和能量的應用方面的知識了解較少。學生具備一定的實驗觀察和探究能力，但在實驗設計和實驗結果分析方面還存在一定的困難。學生的學習積極性較高，善于合作，但在表達和總結方面需要進一步培養。
教學重點 了解聲的有關知識和應用，知道聲可以傳遞信息，傳遞能量。
教學難點 聲傳遞信息與聲傳遞能量的區別。
教學 器材 酒精燈、音箱（播放聲音）、蠟燭、火柴等。 多媒體課件ppt，包含視頻《聲傳遞信息 》、《蝙蝠靠回聲定位捕食》、《聲波具有能量》、《聲吶》。
教學過程
教師活動 學生活動
導入新課 人從呱呱墜地時起，就開始利用聲音來表達自己的情緒和需求。人們在優美的音樂中愉悅身心，從彼此的對話中獲得信息……除了人類，動物也能利用聲。例如，大象就可以用人類聽不到的“聲音”進行交流。你能舉出其他一些例子嗎 思考問題，進入情景。
學習新課 一、聲與信息 1. 聲可以傳遞信息 【提問】請同學們分析以下場景有什么共同點？說明了什么問題？ ①下課鈴響了；②醫生用聽診器聽心跳的聲音；③鐵路工人用鐵錘敲擊鋼軌；④聽到遠處隆隆的雷聲。 下課鈴響了 醫生用聽診器聽心跳的聲音 鐵路工人用鐵錘敲擊鋼軌 聽到遠處隆隆的雷聲 【小結】分析上述場景的共同點：當人們感知到不同的聲音時，就會傳遞給人們不同的信息。 【結論】聲音可以傳遞信息。 2. 次聲波傳遞信息 （1）次聲波的產生 頻率低于20 Hz的聲叫作次聲波。大象就可以發出次聲波；地震、火山爆發、臺風、海嘯、核爆炸等發生時，都伴有次聲波的產生。 （2）次聲波傳遞信息 次聲波傳播的距離很遠，發生地震、臺風、核爆炸時，即使在幾千千米以外，使用靈敏的聲學儀器也能接受到他們產生的次聲波。處理這些信息可以確定這些活動發生的方位和強度。 3. 超聲波傳遞信息 （1）回聲定位 【提問】蝙蝠通常只在夜間出來活動和覓食。但不會碰到墻壁、樹枝等障礙物，你知道蝙蝠是怎樣判斷目標的位置的嗎？它采用的方法叫什么？ 【小結】蝙蝠在飛行時會發出超聲波，這些超聲波碰到墻壁或昆蟲時會反彈回來，根據回聲到來的方位和時間，蝙蝠可以確定目標的位置。 這種根據回聲探測目標的方法叫做回聲定位。 蝙蝠靠超聲波發現昆蟲 【播放視頻】——《蝙蝠靠回聲定位捕食》。 （2）回聲定位的應用 【過渡】受蝙蝠的啟發，現在，科學家們發明了超聲導盲儀、聲吶和倒車雷達等。 【課件展示并講解】超聲導盲儀、聲吶和倒車雷達的圖片，講解其原理。 ①超聲導盲儀 采用“回聲定位”原理制成的超聲導盲儀可以探測障礙物，幫助盲人出行。超聲導盲儀通過發射超聲波，接收障礙物反射的回波，經過處理后，將障礙物的距離信息轉化為聲音信息，反饋給使用者，達到“以聽代視”的效果。 超聲導盲儀及其原理 ②倒車雷達 小轎車上的倒車雷達就是根據回聲定位的原理制成的。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。 倒車雷達 探測海底深度 ③聲吶 根據回聲定位原理，超聲波遇到障礙物又會反射回來，于是，人們利用它制造出水下探測和通訊儀器——聲吶。利用聲吶系統，人們可以探測海洋的深度，繪出水下數千米的海底地形圖；漁民利用聲吶獲得魚群信息。 設聲波在海水中的傳播速度為 v，聲吶系統向海底垂直發射聲波，經時間t后收到回波，則海水的深度： 海底深度的表達式：s=v水t/2 【播放視頻】——《聲吶是如何工作的》。 （3）B超原理 中醫診病通過“望、聞、問、切”四個途徑，其中“聞”就是聽。醫生利用聽診器捕獲人體內的聲音信息，來診斷疾病。而借助超聲波，醫生還可以準確地獲得人體內部臟器的圖像信息。醫生用B型超聲波診斷儀向病人體內發射超聲波，然后接收體內臟器的反射波，反射波攜帶的信息經過處理后顯示在屏幕上。這就是常說的“B超”。 （4）超聲波探傷儀 超聲波探傷儀是利用超聲波能透入金屬材料的深處，并由一界面進入另一界面時，在界面邊緣發生反射的特點來檢查零件缺陷的一種方法。 醫生用B超查看胎兒發育情況 超聲波探傷儀 （5）次聲波檢測儀 地震、火山爆發、臺風、海嘯、核爆炸等發生時，都伴有次聲波產生。對人類生命和財產造成嚴重威脅。次聲波傳播的距離很遠，即使在幾千千米以外，使用靈敏的聲學儀器——次聲波檢測儀也能接受到他們產生的次聲波，處理這些信息可以確定這些活動發生的方位和強度。 【播放視頻】——《聲與信息》。 【例題1】如圖所示，當轎車倒車時，尾部的非安全距離內遇到人或障礙物，倒車雷達就會發出警報，方便司機判斷車尾與后部障礙物間的距離。在倒車雷達工作的過程中，會應用到下列物理知識中的（　C　） ①聲的反射； ②超聲波；③聲音可以傳遞信息；④次聲波 A. ①② B. ③④ C. ①②③ D. ①②③④ 【解析】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，獲得一些信息。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，沒涉及到次聲波，故應用到的物理知識是①②③，④不符合題意。 故選C。 分析四幅圖片的場景有什么共同點？說明了什么問題？與老師共同歸納出聲可以傳遞信息。 說出次聲波傳遞信息的實例。 討論交流問題，觀看視頻，說出蝙蝠是如何定位捕食的？知道什么是回聲定位。 列舉生活、生產中回聲定位的應用實例，分析其原理。 重點是倒車雷達、聲吶、導盲儀。 知道聲傳遞信息在醫療、生產中的應用。 觀看視頻，進一步理解聲能夠傳遞信息，知道應用。 做例題并進行解析，理解回聲定位原理。
學習新課 二、聲與能量 1. 聲具有能量，也可以傳遞能量 【提問】把一塊石頭扔進水里，可以看到一圈一圈的水波向四周散去，水面上的樹葉也隨之起伏。樹葉獲得的能量是從哪里來的？ 這說明石頭的能量通過水波傳給了樹葉。 【追問】聲波也是一種波動，那么，聲波能傳遞能量嗎？ 【演示實驗】將揚聲器對準燭焰，播放音樂，你看到了什么現象？這說明了什么問題？ 水波 發聲揚聲器旁的燭焰 【實驗現象】發聲揚聲器旁的燭焰來回擺動。 【總結】聲具有能量，也可以傳遞能量。傳遞聲的過程實際上就是傳遞能量的過程。 【播放視頻】——《聲與能量》 2. 聲傳遞能量的應用 【過渡】聲是以波的形式傳播的，聲波傳遞能量應用很廣。 【以下知識利用課件展示講解】 （1）超聲波清洗機 超聲波可以用來洗滌精密的儀器。把需要清洗的物體放在清洗液中，超聲波穿過液體并引起激烈的振動，振動把物體上的污垢敲擊下來而不會損壞被洗的物體。用超聲波清洗鐘表、首飾、錢幣、水果、電子元件等。 超聲波清洗機 超聲波碎石機 （2）超聲波碎石 外科醫生常利用超聲波振動除去人體內的結石。向人體內結石發射超聲波，結石會被擊成細小的微粒或粉末，再通過服用輔助排泄的藥物，結石就可以順暢地被排出體外。 （3）超聲波霧化器 把超聲波通入水罐中，采用超聲波高頻振蕩原理將水霧化為1～5微米的超微粒子，再用小風扇把霧滴吹入室內，從而達到均勻加濕空氣的目的，就可以增加室內空氣的濕度。這就是超聲波加濕器的原理。 對于咽喉炎、氣管炎等疾病，藥力很難達到患病的部位。利用超聲波的高能量將藥液打碎成小霧滴，讓病人吸入，能夠增進療效。 超聲波加濕器 藥液霧化器 （4）次聲波武器 由于次聲波傳播的路程遠、穿透能力強、且較低頻率的次聲波達到一定強度時可以致人死亡，所以在科技發達的今天，次聲波可以作為武器。 3. 聲傳遞信息與傳遞能量 （1）聲可以傳遞信息，也可以傳遞能量。凡是聲音引起其他物體變化的例子，均屬于聲音傳遞能量；聲音未能引起其他物體的變化，而是根據聲音對物體的狀況或某些特征作出判斷，屬于聲音傳遞信息。如“雷聲震耳欲聾”，說明雷聲具有能量；而“聽到了雷聲預示著將要下雨”，這是雷聲傳遞信息。 （2）聲傳遞信息、傳遞能量的實例 【提問】下列是一些聲的利用實例，請按照“聲傳遞信息”和“聲傳遞能量”進行分類。 ①利用回聲測距、定位；②超聲波清洗精密儀器、碎石、潔齒；③用“B超”檢查身體；④超聲波霧化器；⑤利用超聲波探測金屬內部裂紋；⑥次聲波武器；⑦利用次聲波預測地震、監測核爆炸等；⑧次聲波的破壞作用。 【總結】 聲傳遞 信息聲傳遞 能量利用回聲測距、定位超聲波清洗精密儀器、 碎石、潔齒用“B超”檢查身體超聲波霧化器利用超聲波探測金屬內部裂紋次聲波武器利用次聲波預測地震、 監測核爆炸等次聲波的破壞作用
【例題2】聲波既能傳遞信息也能傳遞能量。下面事例中，主要利用聲波傳遞能量的是（　　） A．用聲吶探測海深 B．利用倒車雷達確定與車后物體的距離 C．利用B超做體檢 D．用超聲波擊碎結石 【答案】D. 【解析】A．用聲吶探測海深，是利用聲波來傳遞海底深度的信息，故A不符題意； B．利用倒車雷達確定與車后物體的距離，是利用聲波來傳遞車輛周圍障礙物的相關信息，故B不符合題意； C．利用B超做體檢，是利用聲波來傳遞身體狀況的相關信息，故C不符合題意； D．用超聲波擊碎結石，利用了聲波來傳遞能量，故D符合題意。 故選D。 觀看演示實驗或視頻，根據實驗現象得出聲波能傳遞能量。 列舉生活中應用聲波的一些事例：清洗機、碎石機、加濕器等。 知道什么是聲波。可以與水波進行類比理解。 會區分聲音傳遞的是能量還是信息。 按照“聲傳遞信息”和“聲傳遞能量”進行分類。 做例題2，區分聲波傳遞的是信息還是能量。
學習新課 三、建筑聲學的杰作 馳名中外的北京天壇，是明清皇帝祈谷、祈雨、祈天的地方，其中的回音壁、三音石、圜丘三處建筑都有非常美妙的聲音現象。 學生閱讀課本第48頁《科學世界——建筑聲學的杰作》，回答問題： （1）回音壁為什么可以讓說話聲傳播很遠？ （2）當你站在天心石上說話或唱歌時，你會覺得聲音特別洪亮。但是站在天心石以外的人聽起來，卻沒有這種感覺，站在天心石以外說話或唱歌，也沒有這種感覺。為什么？ 【總結】 1. 回音壁 回音壁是皇穹宇的圍墻。圍墻的弧度十分規則，墻面極其光滑整齊，對聲波的傳播十分有利。只要兩個人分別站在東、西配殿后，貼墻而立，一個人靠墻向北說話，聲波會沿著墻面以聲波的形式傳到一、二百米的另一端，無論說話聲音多小，也可以使對方聽得清清楚楚，而且聲音悠長，堪稱奇趣，給人造成一種“天人感應”的神秘氣氛。 2. 三音石 從殿基須彌座開始的第一、第二和第三塊鋪路的條型石板就是三音石。 站在第一塊石板上面向殿內說話，可以聽到一次回聲。站在第二塊石板上面向殿內說話，可以聽到兩次回聲。站在第三塊石板上面向殿內說話，可以聽到三次回聲。三音石的第三塊石板又稱“天聞若雷石”，就是說，站在第三塊石板上面向殿內說話，如果大殿僅敞開面對三音石的殿門，而且殿門到殿內正中的神龕之間沒有任何障礙物的話，此時聽到的回音尤其響亮，似乎“人間偶語，天聞若雷”。 3. 圜丘 圜丘在天壇公園的南部，始建于明嘉靖九年（公元1530年），是一座分成三層的圓形平臺，每層周邊都有漢白玉欄板，每層平臺的臺面都由光滑的石板鋪成。第三層臺面高出地面約5m，半徑約為11.5 m，第三層中心是一塊圓形大理石，俗稱天心石。當你站在天心石上說話或唱歌時，你會覺得聲音特別洪亮。但是站在天心石以外的人聽起來，卻沒有這種感覺，站在天心石以外說話或唱歌，也沒有這種感覺。 這種奇妙的現象是聲音反射形成的音響效果。圜丘第三層臺面中心略高，四周微微向下傾斜。當有人在臺面中心說話時，傳向四周的聲音有一部分被四周的石欄板反射，射到稍有傾斜的臺面后又被反射到臺面中心。因為圜丘第三層臺面的半徑僅為11.5m，從發聲到回聲返回中心臺面所需的時間約為0.07s,所以回聲跟原來的聲音混在一起，分辨不開，讓人覺得聲音格外響亮，似乎覺得還有聲音從地下傳來。 【例題3】天壇的聲學三奇充分體現了中國古代勞動人民的智慧，如題圖所示。 （1）回音壁可以讓說話聲傳播很遠，是因為它的表面能夠多次___聲波； （2）當游客在圜丘臺頂的天心石說話時，聽到的聲音格外響亮，這里的“響亮”是指聲音的______（選填“響度大”或“音調高”）； （3）小華站在三音石上拍手，0.2s后聽到第一次回聲，回音壁的半徑為____m（聲音在空氣中的傳播速度約為 340m/s）。 【答案】（1）反射；（2）響度大；（3）34。 【詳解】（1）當聲音遇見障礙物時會被反射回來，回音壁可以多次反射聲波，減少了聲波能量散失，這樣聲音可以傳播的很遠。 （2）聽到的聲音格外響亮，是指聲音的大小，即聲音的響度大。 （3）由題中信息可知，三音石位于回音壁的圓心上，當拍掌聲發出后，聲波就沿半徑傳播，經回音壁反射后，又沿原半徑返回，則第1次聽見回聲時，聲音傳播的距離是半徑的二倍。則其半徑為 r=s/2=vt/2=(340m/s×0.2s)/2=34m 閱讀課本第48頁《科學世界——建筑聲學的杰作》，回答問題。 了解天壇“圜丘”奇妙的聲學現象，反映出我國古代高水平的建筑聲學。 做例題3，了解聲學在我國古代建筑聲學的應用。
課 堂 練 習 課 堂 練 習 1. 關于超聲波和次聲波，下列說法正確的是（　　） A．聲吶是利用次聲波尋找魚群信息 B．醫院利用次聲波檢查胎兒在母體內是否正常發育 C．大自然的許多活動，如地震、海嘯等都伴有次聲波產生 D．這兩種聲波都能在真空中傳播 【答案】C。 【詳解】A．聲吶是利用超聲波尋找魚群信息，故A錯誤； B．醫院利用超聲波檢查胎兒在母體內是否正常發育，故B錯誤； C．大自然的許多活動，如地震、海嘯等都伴有次聲波產生，有些動物可以聽到次聲波，所以在地震等災害發生前會出現異常的行為，故C正確； D．聲音不能在真空中傳播，即這兩種聲波都不能在真空中傳播，故D錯誤。 故選C。 2．有一種電子牙刷，如圖所示，它能發出超聲波，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．刷牙時，人聽不到超聲波，是因為超聲波不能在空氣中傳播 B．刷牙時，人聽不到超聲波，是因為超聲波的音調很低 C．超聲波能傳遞能量 D．超聲波不是由物體的振動產生的 【答案】C 【詳解】AB．超聲波振動的頻率很高，音調很高，發出聲音的振動頻率高于人耳的聽聲范圍，所以刷牙時，聽不到超聲波。故AB錯誤； C．超聲波牙刷能將牙刷干凈，是因為超聲波攜帶的能量將污垢去除，故C正確； D．聲音是由物體的振動產生的，超聲波是不可聽聲，也是由物體的振動產生的，故D錯誤。 故選C。 第2題圖 第3題圖 3．如圖所示為一種我國自主研發的超聲導盲手杖。它可以發射超聲波探測周圍5m內障礙物的情況，并處理成語音信號及時播放出來，達到“以聽代視”的效果。該手杖可幫助盲人辨別障礙物的方位、距離、大小甚至形狀等信息。下列說法中正確的是（　　） A．超聲波的頻率低于20Hz B．該應用可以體現超聲波可以傳遞能量 C．超聲波信號遇到障礙物后不會發生反射現象 D．該導盲杖對障礙物的定位原理與蝙蝠的定位原理相同 【答案】D. 【詳解】A．超聲波的頻率高于20000Hz，故A錯誤； B．導盲手杖為盲人提供了障礙物的信息，利用超聲波可以傳遞信息的原理，B錯誤； C．超聲波信號遇到障礙物后會發生反射現象。導盲手杖利用了聲波能夠反射的特點，C錯誤； D．該導盲手杖依靠發射和接收超聲波，來判斷以及對障礙物定位，此原理與蝙蝠的定位原理相同，故D正確。 故選D。 4．古箏藝術是國家級非物質文化遺產之一。如圖所示是航天員王亞平在空間站彈奏古箏曲目《茉莉花》，傳統樂器的聲音從中國空間站傳向了全世界。下列說法正確的是（　　） A．悅耳的琴聲是由空氣振動產生的 B．手指按壓在琴弦不同位置，可以改變琴聲的響度 C．琴聲的音調越高，在空氣中傳播得越快 D．聽眾通過琴聲可以辨別出曲目，說明聲音可以傳遞信息 【答案】D. 【詳解】A．古箏發出的聲音是由琴弦振動產生的，故A錯誤； B．手指按壓在琴弦不同位置可改變琴弦振動的頻率，從而改變音調，故B錯誤； C．聲音的傳播速度與傳音介質和溫度有關，與音調無關，故C錯誤； D．聲音可以傳遞信息和能量。聽眾通過琴聲可以辨別出彈奏的是什么曲目，說明聲音能夠傳遞信息，故D正確。故選D. 5．科學考察者利用聲吶系統測繪嘉陵江溫塘峽江域水底的形狀。無人船經過該江域水平面的A、B、C、D、E五個位置時，向水底定向發射超聲波，測得回收信號的時間分別為0.30s、0.16s、0.28s、0.14s、0.30s。可推算出該江域水底的大致形狀是（　　） 【答案】A。 【詳解】根據s=vt可知，速度一定時，時間越長通過的路程越遠。無人船經過該江域水平面的A、B、C、D、E五個位置時，向水底定向發射超聲波，測得回收信號的時間分別為0.30s、0.16s、0.28s、0.14s、0.30s，時間越長的位置水底越深，故A符合題意，BCD不符合題意。故選A. 6. 如圖是我國“奮斗者”號無人潛水器，在某次下潛實驗中，潛水器從剛沒入水中開始以20m/s的速度勻速下潛，50s時懸在海中某一深度，并用聲吶向海底發射一束超聲波，12s后收到海底反射回來的回波。已知超聲波在海水中的傳播速度是1500m/s，求： （1）潛水器下潛50s的距離； （2）此海域的深度； （3）利用聲吶發出超聲波能否測量地球到月球的距離，為什么？ 【答案】（1）1000米；（2）10000米；（3）見解析。 【詳解】（1）潛水器在這50s內下潛的深度 s2=v潛水器t=20m/s×50s=1000m （2）從發射超聲波到12s后收到信息，超聲波傳播的路程 s1=v聲t′=1500m/s×12s=18000m 收到信息時潛水器距海底的距離 此海域的深度 s=s′1+s2=9000m+1000m=10000m （3）聲音的傳播需要介質，真空不能傳播聲音，地球和月球之間有真空地帶，不能利用聲吶發出超聲波測量地球到月球的距離。
板 書 設 計 第3節 聲的利用 一、聲與信息 1．可聽聲直接傳遞信息。如老師講課聲、雷聲、汽車聲等。 2．次聲波：可以傳遞信息； 應用：如動物的交流聲、地震、海嘯發出的次聲等。聲學儀器接收到次聲波信息可以確定方位和強度。 3. 超聲波：可以傳遞信息； 應用：回聲定位（如蝙蝠捕食、聲吶等）、B超、超聲波探傷儀等。 二、聲與能量 1. 聲波具有能量，也可以傳遞能量。 2. 聲波能量的應用：除人體結石、清洗精細機械、超聲波霧化器、次聲波武器等。
課 堂 小 結 第3節 聲的利用
作 業
21世紀教育網 www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁 （共 2 頁）
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