5.人和一些动物发声频率和听觉频率范围

说明　 (1)每个人的听觉范围并不相同.有些年轻人可以感觉到低于20 Hz的声音，年龄越大，越听不见频率较低或较高的声音；

(2)各类动物之间的听觉范围区别较大.有些动物，如蝙蝠、海豚、飞蛾等能听见超声波，而大象、鲸等能听见次声波.

探究体验

[例5] 　如图4.4-8所示，在一次魔术表演中，一名驯兽师问他带来的狗：“2+2等于几”，狗立即叫四声.观众马上会为这条聪明的狗所倾倒，你能解释这种现象吗？

图4.4-8

思路与技巧 　许多物理知识运用到魔术中.实际上还有一名助手在帮忙，利用兽类听觉频率和人的不同，发出兽能听见而人却不能听见的超声波的缘故.

答案　 台下驯兽师的助手，吹了四下哨声，而这种哨声频率太高，人自己听不见，狗可听见因而立即叫了四声.

[例 6]　 1932年的夏天，一位气象学家随着苏联探险船到北冰洋去考察天气.一天，他在放送探测气球时，无意地将脸颊贴了一下气球，竟感到了一种剧烈的震荡，疼得他大叫了一声.当天夜晚，探险船遭到了强风暴的袭击.

气球的震荡和未来的风暴是巧合，还是有什么联系？苏联科学家舒雷金决心进行一番研究.他们在靠海的研究站上不断放出气球，然后用仪器来记录那些气球震荡的情况，居然发现，在气球发生强烈震荡以后，往往会有风暴出现！简述这是什么原因.

思路与技巧 　强风暴发生时要发出次声波，而次声波传播比风暴快得多，且能量损失得慢，传得远.

答案　 强风暴发生时发生次声波，传播得快而远，引起气球的振动，振动气球具有能量，碰到脸颊上使人就感到很疼.

聊天室

话题：蝙蝠的导航系统

胖胖：蝙蝠为什么能在黑暗中飞翔自如，并能捕捉到昆虫？

老师：科学家做了一个有趣的实验：在房间里布上铁丝网，有的网孔比蝙蝠展开的翅膀还要小.把蝙蝠的双眼蒙住，再用摄像机摄录它的飞行情况，它们竟能飞行自如，穿来穿去，捕捉昆虫如图4.4-9.

图 4.4-9　 蝙蝠的眼睛

乐乐：如果把蝙蝠的耳朵堵上，再让它睁着眼在黑暗的实验室里穿网捕食，情况怎样？

老师：这一下，蝙蝠却成了“瞎子”，不时撞在网上，有时甚至落到地上，难道蝙蝠是用耳朵“看”东西吗？实验室里是静悄悄的，铁丝也没发出声音呀！

胖胖：再把蝙蝠的眼睛和耳朵全敞开，用棉球将它的嘴堵住，不知会怎样？

老师：放入实验室后，蝙蝠又成了“瞎子”，碰网落地.这说明，蝙蝠是用嘴和耳来辨别方向、识别障碍的.蝙蝠的嘴是一个超声波发生器，每隔一定时间就发出一次超声波.它发出的超声波碰到障碍物就反射回来.蝙蝠的耳朵是个灵敏的超声波接收器，它利用反射回来的超声波判断前方有没有障碍.有的学者认为，蝙蝠利用超声波识别障碍物，并不是简单的回声测距，而是听到回声以后，能在脑中形成图像，蝙蝠体内可能存在一种“声全息感觉系统”.

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3.次声波(subsonic)

低于20 Hz的声波称为次声波.其特点是传播时能量损失小，能传得很远.

2.超声波的应用

(1)声呐(sonar)：声呐是一个监测反射声波的系统.人们利用在水中超声波比光波和无线电波传播得远，且定向性好的特点制成了声呐装置，让它向海下发出高频超声波，依据回声声波的时间，可以测出水下障碍物所处位置、形状和大小；

(2)回声定位：如图4.4-1甲所示，轮船利用超声波探测船下的水深.发射器发射超声脉冲，声呐仪监测到反射来的回音，从而可算出水深.水深(h)=×水中的声速(v)×所花时间(t)；如图4.4-1乙，黑夜里，蝙蝠利用超声波导航；

图4.4-1

[例1]　 2000年8月，俄罗斯的库尔斯克号核潜艇在巴伦支海遇难.探测专家用超声波可探测到潜艇的确切位置.超声波在海水中的波速v＝1450m／s，在潜艇正上方海面向下发出超声波，从超声波发出直至接收到潜艇的回波经历的时间为 t＝0.146s，则潜艇沉没的实际深度h约为多大(取整数值)？

思路与技巧　 超声波从发出到接收共用时间 t＝0.146s，则超声波从发出到潜艇处共用时间为×0.146s，再根据超声波在水中的速度便可求出潜艇沉没的深度h..

答案 　潜艇沉没的实际深度 h=1450m/s×0.073≈106m.

(3)B超：超声波能够成像，让超声波射入人体内，会在不均匀处和分界面上反射成像，即内脏的“声”像.利用B型超声波诊断仪可以观察到人体内器官及胎儿生长发育情况，如图4.4-2所示；

图4.4-2　 胎儿的B超图像

(4)超声波去污(碎石)：超声波能使清洗液产生剧烈的振荡，有去污作用，如图4.4-3甲.此外超声波还能传递能量击碎人体内结石，如图4.4-3乙；

图4.4-3

(5)超声波探伤：如图4.4-4所示，利用超声波的穿透与反射特性探测金属内部的裂纹、气泡等缺陷；

图4.4-4　　　 　　　　　　 　　　　图4.4-5 超声波速度测定器

(6)超声波测声速：向行驶车辆发出超声波被车辆反射回来，测速仪接收到声波频率会发生变化，从而确定车辆速度，如图4.4-5所示.

[例2]　 超声波具有　　　　　　　　　　　 、　　　　　　　　　　　　 等特点，超声波主要用于　　　　　　　　　　　　 、　　　　　　　　　　　　 、　　　　　　　　　　　　　　 、　　　　　　　　　　　　 等方面.

思路与技巧　 与其他可听声相比，超声波具有方向性好、穿透力强，易于获得集中声波等特点，因而有着广泛的应用.

答案 　方向性好、穿透力强；航海探测、医疗诊断、医疗治疗、金属探伤等.

[例3]　 蝙蝠夜间出来活动从来不会撞到墙壁、树枝上，以下解释正确的是(　　 )

A.蝙蝠的眼睛有夜视功能

B.夜晚有月光

C. 蝙蝠发出超声波可以在物体上返回，根据回声就可以判定物体的位置和在距离

D. 蝙蝠的嗅觉很好，可以嗅出前面是否有物体

图4.4-6

思路与技巧　 　蝙蝠在飞行时发出超声波，超声波碰到墙壁或昆虫时反射回来，根据回声到来的方位和时间，蝙蝠就可以确定目标的位置和距离.声呐就是模拟蝙蝠回声定位的原理制成的仿生波装置.

答案　 C.

1.超声波(supersonic wave)

高于20 000Hz的声波称为超声波.蚊子、猫、狗和家畜等动物能听到.其特点是方向性好、穿透能力强，易于获得较集中的声能量.

3.情感、态度与价值观 　在了解超声波、次声波在现代技术的应用中，增强对科学的热爱.

探究指导

物理宫殿

2.过程与方法 　在参观、调查及上网过程中获得超声波知识；了解动物对超声波的利用.

1.知识与技能　 知道超声波、次声波的产生与应用；了解声呐及B超工作原理.

55. The underlined word "This" in the last paragraph means “　　　　 ”.

　　　 A. Leah died after a single Ecstasy tablet in 1995.

　　　 B. people have long known that repeated use of the drug damages brain cells

　　　 C. occasional use of the drug can have long-lasting effects on one’s brain systems

　　　 D. taking drug has the same symptoms as smoking

54. Why are squirrel monkeys and baboons involved in the experiments?

　　　 A. Because their brain is similar to human being’s

　　　 B. Because these animals usually take drugs.

　　　 C. Because these animals will soon get well after the experiment.

　　　 D. Because there is a model in the animals’ brains.