医用物理学第四章 声波
药学《医用物理学》教学大纲
《医用物理学》课程教学大纲（Medical Physics）一、课程基本信息课程编号：14072602,14072603课程类别：学科基础课适用专业：医学/药学/医检等专业学分：3总学时：48先修课程：高等数学后续课程：医学专业课课程简介：医用物理学是物理学的重要分支学科，是物理学与医学的交叉学科，也是医学类专业学生必修的基础课程。
开设这门课程的主要目的是，一方面是通过较系统的教学，使学生进一步深入理解物理概念和物理规律，为医学院学生后续学习现代医学打下必要、坚实的物理基础；另一方面使学生在物理思想、研究问题的科学方法与创新能力方面得到提高。
主要教学方法与手段：本课程以讲课为主，讲课形式兼顾PPT和板书，同时教学视频录像作为辅助手段，网络教学作为资源库和教学辅导手段。
选用教材：陈仲本，况明星.医用物理学[M].北京：高等教育出版社，2010必读书目：[1] 倪忠强，刘海兰，武荷岚.医用物理学[M].北京：清华大学出版社，2014选读书目：[1] 王振华.医用物理学[M].北京：北京邮电大学出版社，2009[2] 李旭光.医用物理学[M].北京：北京邮电大学出版社，2009[3] 程守洙，江之永，胡盘新. 普通物理学（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2004[4] 马文蔚.物理学（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2006[5] D. Halliday, R. Resnick, J. Walker. Fundamentals of Physics (Extended) [M]. John Wiley & Sons, Inc, 2001二、课程总目标：本课程目的在于通过对经典物理学和近代物理学的系统学习，尤其是和医学紧密相关的知识的介绍，了解物理学发展及其在医学中的应用，了解物理学发展过程中的基本方法，基本实验，基本思路。
掌握经典物理学中力学，热学和电磁学的基本知识和基本技能，理解近代物理学发展的基本内容和基本概念，并且能利用这些知识和技能为后续的医学专业课服务。
《医用物理学》 声波的基本性质
同一声压下，Z愈大，介质质元获得的振动速度愈小； 反之则反。
三、声强(intensity of sound)
定义：声波平均能流密度的大小 即声波的强度
I 1 u 2 A2 pm2 pe2 pe2
2
2u u Z
4.1 声波的基本性质
四、声的反射和折射
声强反射系数（ rI ）：反射波与入射波强度之比. 声强透射系数（ I ）：透射波与入射波强度之比
4.1 声波的基本性质
p
uA
cos t
y u u
2
声压幅值 pm uA
Vm A
有效声压
pe
pm 2
uA
2
uVm
2
4.1 声波的基本性质
二、声阻抗(acoustic impedance)
Z
p
pm uA u 单位：瑞利 m A
Pa s m1
声阻, 仅由介质的性质决定
i (incidence); i(reflect) r (transmission)
垂直入射时：
rI
Ii Ii
Z Z
2 2
Z1 Z1
2
Ii Ii
Z1
I
Ir Ii
4Z1Z 2 Z1 Z2 2
Z2
Ir
4.1 声波的基本性质
2
rI
Ii Ii
Z Z
2 2
Z1 Z1
I
Ir Ii
4Z1Z 2 Z1 Z 2 2
4.1 声波的基本性质
机械波
次声波：< 20Hz 声 波：20-20000Hz （sound wave） 超声波：> 20000Hz
4.1 声波的基本性质
一、声压(sound pressure)
医用物理学第四章声波.
Vo
t时刻的波阵面 u
t+1秒时刻 的波阵面
公式归纳： 波源和观测者运动方向与波传播方向共线。
u Vo ' S (u VS )
其中：波源静止
VS 0
观察者静止 VO 0
Vo u ' ' (1 ) S S u u VS ( 1 ) V (3) V
VS
S 波源 u
V0
O
周期、频率分别为
Ts . s
观察者
'
波源的速度为： V S 观察者速度：V0
观察者接受到的频率为：
'
1 波源与观察者均相对媒质静止
u ' S uTS
观察者 接收的频率就是波 源振动的频率 启示： u t时刻的波阵面 t+1秒时刻的波阵面 接收的 频率就 是接 收者单 位时间 内接 收到的波的个数
u
2 波源不动，观察者相对介质以速度
Vo 运动
A）观察者朝向波源运动
'
u Vo uTS
u Vo
VO
t时刻的波阵面
u
Vo (1 ) S u (1)
接收频率 提高！
t+1秒时刻 的波阵面
B）观察者远离波源运动
'
u Vo
u Vo uTS
Vo (1 ) S u (2)
听阈曲线和痛阈曲线
痛阈曲线
频率在20--20,000Hz 以外的声波，无论声 强多少,人耳都听不见
（W/m2）
（dB）
听觉区域
频率在20-20000Hz以内 的声波，只有声强适度, 才能引起人耳听觉
医用物理学课件：第4章 振动和波、声
s2 A2 cos(t 02 )
2 1 (t 02 ) (t 01) 02 01
两个同频率的简谐振动的相差分析
2 1 (t 02 ) (t 01) 02 01
0 2 1 称s2(t)超前于s1(t)；
2 1 0 称s2(t)落后于s1(t) ；
s Acos(t 0 )
1 f
T
周期T ：物体作一次完全振动所需的时间。
频率f ：周期的倒数f，单位时间内物体所作 的完全振动的次数。
cos((t T ) 0) cos(t T 0)
T 2π cos(t 0)
角频率(angular
frequency)：频率的2 倍
2π 2πf
一、简谐振动方程 二、简谐振动的特征量 三、简谐振动的矢量图示法 四、简谐振动的合成 五、简谐振动的能量 六、阻尼振动、受迫振动和共振 七、例题、总结
一、简谐振动方程 simple harmonic motion equation
1、弹簧振子 2、简谐振动方程
1、弹簧振子harmonic Oscillator
2 1 π 可以先把 减去或加上2π 的整数倍，再按上
述方法确定相位的超前或落后 ；
位移、速度、加速度步调分析
s Acos(t 0 )
v
A
sin(t
0
)
A
cos(t
0
π 2
)
a A 2 cos(t 0 ) A 2 cos(t 0 π)
As
av
t
O
T/2
T
三、简谐振动的矢量图示法
T
3、相位 phase
• 相位的定义 • 初相位 initial phase • 相差 phase difference
声波
两种介质声阻抗相差较小，反射弱，透射强
两种介质声阻抗相差较大，反射强，透射弱
超声诊断： •人体内不同组织和脏器的声特性阻抗不同， 超声波遇到界面会形成回波。 •当脏器发生形变或有异物时，回波的位置和 强弱也发生相应改变。 •根据回波形成的超声图像进行诊断。
问题：超声检查时，医生需要 在受检者的皮肤和超声探头之间涂 抹一层偶合剂。为什么？
逆压电效应：电 压力 电信号 超声波 电能 机械能 • 接收探头：正压电效应 • 发射探头：逆压电效应
超声成像技术 • 基于回波扫描技术 • 基于多普勒原理
•幅度调制
• 回波脉冲大小 决定显示器中脉冲的幅度； •脉冲间距离正比于 反射界面间的距离
A型超声原理示意图
A超应用于脑中线及脑肿物的诊断和眼科 疾病方面的检查中 在病灶深度、大小、脏器厚薄以及病灶的 物理性质等检查比较方便准确，但A超的回波 图只能体现局部组织信息，无法反映解剖 形态，现已被M超和B超取代。
I L lg 12 B 10
10-11…… 1
0
1 ……
12
L（dB）： 0 10 …… 120
I I I L lg 12 B L 10 10 lglg 1212 (dB (dB ) ) 分贝 10 10 10
声强级越大的声音，听起来是否一定响呢？
三、响度 响度级
逆压电效应(发生)
在交变电场的作 用导致厚度的交替改 变从而产生声振动， 即由电能转变为声能。
正压电效应(接收)
由声波的压力变化使 压电晶体两端的电极随声 波的压缩(正压)与弛张(负 压)发生负电位交替变化。
逆压电效应
(Inverse Piezoelectric effect)
在交变电场的作用导致厚度的交 替改变从而产生声振动，即由电能转 变为声能
(完整版)医用物理学声波
B、c为常数
2 c
B
3、三要素（以机械振动为例）
振幅--振动中的 物理量变化时的 最大值。
周期和频率（圆频率） 周期--完成一个全振动所经历的时间；
T 2 m
k
频率--一秒钟内完成全振动的次数；
1 T 2
圆频率： 2 2 1
T
相位： (t )
y
'
u
y
vS
uVST
uTS VSTS
VST '
u
u VS
S
(3)
u t时刻的波阵面
t+1秒时刻 接收频率 的波阵面 增高了！
B）波源远离观察者以速度V运S 动
y
y
VS
' u VST
u uTS VSTS
VST
'
u
u VS
S
…….(4)
u
t时刻的波阵面
接收频率
t+1秒时刻 的波阵面
降低了！
4）波源及观察者同时运动
A）波源与接收者相互靠近
'
u Vo
VSTS
' VSTS u Vo
VS
uTS VSTS
u (u
Vo VS
)
S
…….(5)
VS u
t时刻的波阵面
t+1秒时刻 接收频率 的波阵面 增高了！
ir
Ir Ii
( Z2 Z1 )2 Z2 Z1
it
It Ii
4Z 2 Z1 (Z2 Z1)2
医用物理学(第四章__振动和波动及超声波成像的物理原理)
（2）运动学
加速度
2
k a x m
k 2 ( ) m
d x 2 d 2x x 2x 0 二阶常微分方程 dt 2 dt 2
（3）振动方程
位移 x = Acos（ωt+φ） = Asin（ωt+φ+π/2） 其中： A--（振幅）、ω--（角频率）、 φ--（初位相）均为常数。
(3)固定t(t=t0),讨论y=f(x)—波形图→
2x y A cos(t 0 ) 2x A cos[(t 0 ) ]
即，波形图为t时刻的瞬时照片。其波形曲 线按余弦周期变化，它反映了波动具有 空间分布的周期性（当x为的整数倍时， 位相相同）。
（4）一般情况，y=f(t,x)
1 x 2 2 2 E p v A sin [ (t ) ] 2 u x 2 2 2 E Ek E p v A sin [ (t ) ] u
电磁振动在空间的传播过程。 光波、无线电波、微波、X射线
机械波和电磁波在本质上有区别，但都是波，有着共同的规律。
最简单、最基本的波动-----简谐波
第四节
简 谐 波
（simple harmonic wave）
一、波的产生和分类
二、机械波的基本概念
三、简谐波的波动方程
四、简谐波的能量与强度
一、波的产生和分类
1、波动的定义
振动在传播介质中的传播过程。 2、分类
横波：x u 机械波（水、声） （1）经典波 电磁波（电、光） 纵波：x // u
（2）物质波：现代物理基础之一
二、机械波的基本概念
医用物理学第4章课后答案
四、习题解答4-1 如果某声压幅值增加至原来的3倍，问该声波的声强增至原来的几倍？如果使声波的声强增至原来的16倍，声压幅值必须增大多少倍？解：（1）已知312=m m p p 由声强与声压幅值的关系公式up I mρ22=得93)(2222122122212212=====m m m mm m p p p p up u p I I ρρ （2）已知1612=I I 则：212212212)(m m m mp p p p I I ==，4161212===I I p p m m 4-2 距一点声源10 m 的地方，某声强级是20 dB，若不计吸收衰减，求：（1）距离声源5 m 处的声强级？（2）距离声源多远，声音会听不见了？解：已知10=r m 处，20=L dB，声强为1I 。
5=r m 处，声强为2I ，声强级为2L 。
（1）根据声强级公式0lg10I IL =，1210110lg 10lg 1020-==I I I ， 10101-=I W/m 2对于点声源（球面波）在不计吸收衰减的情况下，22212144I r I r ππ=，222121I r I r = 10102212121042510100--⨯=⨯==r I r I W/m 226104lg 1010104lg 10lg 102121002=⨯=⨯==--I I L dB （2）因为 323121I r I r =，则41210312123101010100=⨯==--I I r r m，2310=r m 4-3 由许多声源发至某一点的声波强度是各声波强度的和。
如果有5个相同的喇叭同时广播，所测得的声强级较一个喇叭多多少分贝？解：已知一个喇叭广播的声强和声强级分别为I 和1L ，则5个相同喇叭同时广播时的声强和声强级分别为I 5和2L ，则两者声强级的差值为75lg 105lg 10lg 10lg 10lg1012010212====-=-=II I I I I I I L L L ∆dB 4-4 一个窗户的面积是1 m 2，向街而开，窗外的声强级是60 dB，问传入窗内声波的声功率是多少？解：已知窗户面积1=S m 2，声强级60=L dB 根据声强级公式0lg 10I IL =可得 1210lg1060-=I ，610-=I W/m 2 声功率为 6610110--=⨯==IS P W4-5 震耳欲聋的雷声声强级是110 dB，树叶微动声约为10 dB，问其声强比是多少？解：已知雷声声强级为1101=L dB，树叶微动的声强级为102=L dB， 根据声强级公式0lg10I I L = 二者声强之比为：21020121lg 10lg 10lg10I I I I I I L L =-=- 2121lg 1010010110I I L L ==-=- 10lg21=I I ，102110=I I4-6一列火车以30 m/s 的速度在静止的空气中行驶，火车汽笛声的频率是500 Hz，声波在空气中传播速度为340 m/s。
医用物理学第四章声波
声波的分类
纵波与横波
根据质点振动方向与声波传播方向的关系，声波可分为纵波和横波。纵波的质 点振动方向与声波传播方向一致，而横波的质点振动方向则垂直于声波传播方 向。
平面波、球面波和柱面波
根据声波传播的空间形态，可分为平面波、球面波和柱面波。平面波在无限大 均匀介质中传播时，振幅不变；球面波和柱面波则是从声源向外传播时，振幅 随距离增加而减小。
超声治疗
物理治疗
01
利用超声波的机械振动和温热效应，对局部组织进行物理治疗，
如缓解疼痛、促进血液循环等。
肿瘤治疗
02
超声聚焦于肿瘤组织，通过高温破坏肿瘤细胞，达到治疗肿瘤
的目的。
美容治疗
03
超声波可以促进皮肤新陈代谢，减少皱纹和色斑，具有很好的
美容效果。
超声诊断与监测
01
02
03
血流监测
利用超声多普勒技术监测 血流速度、血管阻力等指 标，帮助医生诊断心血管 疾病。
声波在介质中传播时，随着 传播距离的增加，能量逐渐
减少的现象。
描述声波衰减快慢的物理量， 与介质的吸收系数、散射系
数等有关。
主要包括散射、吸收和其他 因素如热传导等引起的衰减。
超声诊断中，利用不同组织 器官的衰减系数差异来成像， 例如超声成像中利用衰减系 数来调整接收信号的增益，
以获得更好的图像质量。
医用超声探头的性能直接影响到医用 声波设备的成像质量和治疗效果，因 此需要具备高分辨率、高灵敏度等特 点。
医用超声探头通常由一系列压电晶体 或其它声波换能器组成，能够将电信 号转换为声波信号，并将声波信号转 换为电信号。
04 声波在人体中的传播
声波在人体中的衰减
声波在人体中传播时，由于介 质的不均匀性、吸收效应和散 射效应，会导致声波的能量逐
医用物理课程标准
《医用物理学》课程标准适用专业：高职高专医疗设备应用技术专业建议课时数：64一、前言（一）课程的性质《医用物理学》是医疗设备应用技术专业的重要基础课程。
本课程的主要任务是使学生较系统地掌握医学相关的物理基础，培养学生的科学素质和科学思维方法，提高学生应用基本理论解决实际问题的能力，为学生学习专业基础课和专业课，如电路基础、医用超声设备、X线影像设备等课程奠定基础，对学生的职业岗位能力培养和职业素质养成起到一个重要的支撑作用。
（二）课程设计思路本课程建议课时：总学时64，理论学时54，实践学时10。
学分4分。
本课程是以高职医疗设备应用技术专业学生的就业为导向，根据专业岗位所涵盖的工作任务的需要而设置，经职业能力分析，以实际工作任务为引领，以医疗器械行业所应具备的职业能力为主线。
课程设计依据学生就业岗位的特点，对物体运动、振动、电磁场、光学等医学物理知识进行讲解和分析，培养学生应用基本理论解决实际问题的能力。
课程内容包括：物体的运动规律、振动和波、分子动理论、静电场、电磁现象与电磁波、电流对人体的作用、几何光学、波动光学、激光及其医学应用、X射线等。
二、课程目标通过本课程的学习，使学生掌握医用物理学的基础知识，熟悉常用物理仪器的使用方法，培养学生沟通、团结协作的社会能力，使学生具备相关职业岗位工作能力和可持续发展能力。
（一）知识目标1. 掌握医学物理的基本理论、基本原理和科学的思维方法。
2. 熟悉相关专业课程所需的物理名词与基本知识。
3. 了解与专业相关的医疗器械的基本物理原理。
（二）能力目标1. 熟练掌握长度测量基本仪器、称衡基本仪器、电学基本仪器的使用方法，培养学生正确规范地完成相关基础实验的能力。
2. 学会示波器、电位差计、万用表等仪器的使用和操作，培养学生实际操作、数据处理和故障排除的能力。
（三）思政育人目标1. 形成良好的心理素质和职业素养。
2. 具备善于观察、自主思考、独立分析和解决问题的能力。
医用物理声波知识点总结
医用物理声波知识点总结一、声波的基本概念声波是一种机械波，是由物质的震动在介质中传播而产生的波动。
声波在医学中应用广泛，被用于医学诊断和治疗。
声波是一种纵波，它的传播需要介质，能够传递介质中的振动而不传递介质本身。
医用声波一般通过超声波的形式应用，超声波是一种频率高于人类听觉频率的声波，通常指频率大于20kHz的声波。
二、声波的物理特性1. 频率和波长：声波的频率是指在单位时间内声波的震动次数，单位是赫兹（Hz）。
声波的波长是指声波在介质中传播一个完整波周期所需的距离，它与声波的速度和频率有关。
2. 速度：声波在不同介质中的传播速度不同，一般在空气中的传播速度约为343m/s，在水中的传播速度约为1500m/s。
声波的传播速度与介质的密度和弹性模量有关。
3. 衰减：声波在传播过程中会逐渐衰减，其衰减程度与介质的损耗系数有关。
通常在医学应用中，声波的衰减系数较小。
4. 折射和反射：声波在不同介质之间传播时，会发生折射和反射现象。
折射是指声波在介质界面上发生偏折的现象，反射是指声波在介质表面上反射回去的现象。
5. 衍射：声波在通过小孔或者绕过边缘时会发生衍射现象，使声波产生扩散效应。
6. 相干和相位：声波的相干性和相位性是指同频率声波的震动是否一致和同步。
相干性和相位性对医学超声成像产生重要影响。
三、医学超声成像医学超声成像是利用高频声波对人体进行成像的一种诊断技术。
它是一种非侵入性的检查方法，能够清晰显示人体内部器官和组织的结构。
医学超声成像通常包括B超、彩超和多普勒超声等不同类型。
1. B超：B超是通过探头发射和接收超声波信号，然后将信号转换成图像以显示人体内部结构的一种成像方式。
B超主要用于检查内脏器官、血管和胎儿等。
2. 彩超：彩超是一种利用多色超声图像显示器来显示组织结构和血流状态的一种成像方式。
彩超能够清晰显示血管、心脏等结构和血流动态。
3. 多普勒超声：多普勒超声是利用多普勒效应观测人体内部流体和血流动态的一种成像方式。
医学物理学(应用型创新规划教材)PPT课件 第四章 振动、波动和声波(课件)
波的干涉
一、波的叠加原理
实验表明：几列波在同一介质中传播时，都将保持其原有的特性（频率、波 长、振动方向和传播方向）不变；在相遇处，任一质点的位移是各列波在该 处单独引起的振动位移的矢量和。这种波动传播的独立性及在相遇处的振动 合成，称为波的叠加原理。
二、波的干涉
波的干涉现象：波相遇，在交叠区域，某个区域振动始终加强，某个区域振 动始终减弱的现象。 相干条件：频率相同、振动方向相同、相位差恒定。 相干波：满足相关条件的波。
由质点振动方向与波传播方向的关系 • 横波：振动方向与传播方向垂直。 • 纵波：振动方向与传播方向相同。
二、波面和波线
波面：某一时刻振动相位相同的各点所连成的面。
波前：最前面的波面。
波线：波的传播方向。
波阵面
波线
波阵面
波线 平面波
点源 球面波
三、波动方程
设在t时刻，原点O振动表达式为
y0 A cos( t )
利用三角函数的公式可以求出合成的结果。 利用矢量图示法也可以进行合成分析。 从矢量图的方法分析可知合振动不再是简谐振动。
举例：下图所示简谐振动频率之比为1∶3，初相位不同，合成结果不同。
两个频率之比为1∶3的简谐振动的合成
两个同方向、不同频率的简谐振动的合振动不再是简谐振动，但仍是周 期性运动。
三、频谱分析
第三节
3
简谐振动的合成
一、两个同方向、同频率简谐振动的合成
设一物体同时参与x轴上的同频率的简谐振动，其振动的方程分别为
x1 A1 cos(t 1) x2 A2 cos(t 2 ) 合振动 x x1 x2 A1 cos(t 1) A2 cos(t 2 )
利用三角函数的公式可以求出合成的结果。
医用物理学教学大纲（试行）
遵义医学院《医学物理学》教学大纲(供五年制基础、临床、预防、口腔医学类专业用)Ⅰ前言医学物理学是高等医学教育中的一门专业基础课程。
它的任务和目的是：使学生比较系统地掌握医学科学所需要的物理学基础理论、基本知识、基本技能，培养学生辩证唯物主义世界观和观察问题、分析问题、解决问题的能力，为学生学习后续课程以及将来从事医疗卫生、科学研究工作打下必要的物理基础。
教学内容是以高中毕业为起点，以学习医学科学所需要的物理“三基”内容为主，对物理学与医学联系密切相关的内容应作比较广泛和深入的讨论，但主要是针对这些医学问题中的物理学原理，不应过多地涉及具体的医学内容。
对于那些为了保持物理学体系所必须保留而又与中学重复的内容，要求学生掌握，但不作讲授。
对于全新的或是根据专业需要应加强的内容，即是教师讲授和要求学生掌握的内容，也应做到少而精，既保证教学质量又不使学生负担过重。
在教学法上要充分调动和发挥学生学习的积极性和主动性。
为了巩固所学的知识，应布置适当数量的习题作业，并介绍一些课外参考书，以扩展学生的眼界和思路。
本大纲适用于五年制基础、临床、预防、口腔医学类专业使用。
现将大纲使用中有关问题说明如下：一、为了使教师和学生更好地掌握教材，大纲中每一章节均由教学目的、教学要求和教学内容三部分组成。
教学目的注明教学目标，教学要求分掌握、熟悉和了解三个级别，教学内容与教学要求级别对应，并统一标示(核心内容即知识点以下划实线，重点内容以下划虚线，一般内容不标示)便于学生重点学习。
二、教师在保证大纲核心内容的前提下，可根据不同教学手段，讲授重点内容和介绍一般内容。
三、医学物理学总教学参考学时为60学时，理论与实验学时之比为2.75 ：1。
即理论课44学时(各章节的参考教学时数见“二、教学内容”)，实验课为16学时。
四、教材：<<医学物理学>>，人民卫生出版社，胡新珉主编，第六版，2004年。
Ⅱ正文绪论一、教学目的通过对物理学研究对象的了解，弄清楚物理学与生命科学的关系。
医用物理学 声波 4-7 超声波 公开课课件
➢ M型超声诊断仪
M型超声诊断仪(M超) 也属于辉度调制型。M 超是将单探头固定于体 表一点，探测内部深处 组织界面的运动。
探头
t
深 度
M超
• M超的特点
M超一般用于观察记录动态脏器的活动情况，特 别适用于检查心脏功能，称为超声心动图。通常 超声心动图还显示心电图和心音图。M超显示的 图像缺乏解剖形态的直观性，不适用于静态脏器 的检查。
由于超声波具有以上特性.使之成为诊断、定 位等技术的重要工具。
2、超声波对物质的作用： ①机械作用：使媒质分子产生剧烈的机械振动，声 压大而快速变化。 产生细胞容积和运动变化——细 胞按摩。 细胞原浆微流
细胞原浆颗粒旋转 引起 细胞内容物流动
细胞内部结构改变
加强局部的循环—改善缺氧 影响细胞膜弥散—渗透性大 加速代谢—促组织再生 延长软化结缔组织—松解粘连
A超实际上是利用超声波测量距离、确定位置。 超声测距定位技术在其他领域有广泛应用。
➢ B型超声诊断仪 线阵探头 心脏 B型(Brightness Mode，辉
心脏断层图
度型)超声诊断仪(简称B超)
是辉度调制型，能显示二
维信息。
B超
• B超的特点 B超探头移动(扫描)的方式可分为机械式扫描和 电子式扫描。B超可以直观显示脏器的大小、形 状、内部结构，并可将实质性、液性和含气组织 区分出来，并且可观察动态情况。
晶体表面出现电荷 力→电现象 （2）逆压电效应 某些晶体 交变电场 压缩或伸长
形成有规律的振动 电→振动现象
（3）超声波的发生
交变电场作用于压电晶体→
晶体振动→引起周围介质质点
压电晶体
有规律运动→向远处传播→在 高频脉冲发生器
介质中形成一连串疏密相间的
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声波可在气、液、固中传播。
第四章 声波
3.声强 （声波的强度） 声强：单位时间内通过垂直于声波传播 方向的单位面积的声波能量
I
1 2
u 2 A2
1 2
Zv
2 m
Pm2 2Z
单位：J﹒s-1 ﹒ m-2 = W ﹒ m-2
I 与Pm2成正比， I与Z反比
第四章
反射与折射
Z1
Z2
Ii
Ir
It
单位：N·m-2
第四章 声波 2.声阻抗
介质质点振动速度幅值： vm A
声阻抗： 声压幅值Pm与速度幅值Vm之比。
Z Pm uA u
vm
A
Z u
单位：kg﹒m-2 ﹒ s-1
是表征介质声学特性的一个物理量。
第四章 声波 几种介质的声速和声阻抗
介质
空气(0 ℃) 空气(20℃) 水(20 ℃)
关于 u
•波速：与介质和波的类型有关而与波源无关 或换言之：
波一旦从振源发出就忘记了自己的来源， 而以介质给定的特定速度在介质中传播。
•波的频率：介质中某点单位时间内振动的次数。
波的频率是波源振动的频率，与介质无关
•波长：一个完整波在介质中沿波线展开的长度。
关系式 u 是介质中某点三量的关系。
u
u u
40
39000
=40000Hz
u o u u 40 40000 =41000Hz
u s
u
例题：一观察者坐在带有喇叭的车上，喇叭
连
续
地
发
出
频
率
为300H
的
z
声
波
。
车
以5.56m
/
s
的速度向着一面积很大的垂直墙面运动。设想
墙面的声能吸收系数很小。问：1观察者接收从 墙面反射回来的声波的频率是多少？2观察者
频率（HZ）
1000HZ的听觉域：I =10-12 ~ 100 W/m2
二、声强级
声强每增加10倍，人耳听觉才改变1倍左右； (采用对数来表示声强的等级)
标准参考声强：I0=10-12W/m2
声强级： L lg I I0
单位：贝尔（B）
L 10 lg I I0
单位：分贝（dB）
1B=10dB
2 波源不动，观察者相对介质以速度 Vo 运动
A）观察者朝向波源运动
VO u
t时刻的波阵面
' u Vo
u Vo
uTS
(1
Vo u
)
S
(1)
t+1秒时刻 的波阵面
接收频率 提高！
B）观察者远离波源运动
u
VO
t时刻的波阵面
' u Vo
u Vo
uTS
第四章 声波
例题
如果超声波经由空气传入人体，问进入人体的声
波强度是入射前强度的百分之几？如果经由蓖麻油 （Z=1.36×106kg/m2s）传入，则进入声波的强度又是 入射前强度的百分之几？
解：② Z1= 1.36×106kg/m2, Z2= 1.63×106kg/m2
∵
ir
Ir Ii
(1.36 106 (1.36 106
等响曲线：
痛阈曲线
120方
在听觉域中把不同频 率、不同声强,响度相 同的点连成一条曲线.
60方
旧单位： 新单位：方
听阈曲线
0方
①1000HZ纯音响度级与声强级(dB)数值相同 ②同一等响曲线具有相同的响度级
例题 面积为1平方米的窗户开向街道，街中有频率
为1000Hz的声源在窗口 的声强级为80 dB，则每秒 钟传入窗口声波的能量为（ ）J，若街中有频率 为1000Hz的声源在窗口 的声强级各为80 dB，则这 两个声源同时传到窗口的响度 级 为 （ ）方。
V0 周期、频率分别为 Ts. s
观察者
O'
波源的速度为： VS
观察者速度：V0
观察者接受到的频率为： '
1 波源与观察者均相对媒质静止
' u u uTS S
观察者
接收的频率就是波 源振动的频率
u t时刻的波阵面
t+1秒时刻的波阵面
启示：
接收的频率就是接 收者单位时间内接 收到的波的个数
脂肪 肌肉 密质骨
钢
声速 u
(m/s) 3.32×102 3.44×102 14.8×102 14.0×102 15.7×102 36.0×102 50.5×102
密度ρ (kg/m3)
1.29 1.21 988.2 970 1040 1700 7800
声阻抗ρu (kg/m2s) 4.28×102 4.16×102 1.48×106 1.36×106 1.63×106 6.12×106 39.4×106
(1
Vo u
)
S
(2)
接收频率 t+1秒时刻 降低了！ 的波阵面
3 观察者不动，波源相对介质以速度 Vs 运动
波源运动时，波的频率不再等于波源的频率。这
是由于当波源运动时，它所发出的相邻的两个同相振 动状态是在不同地点发出的，这两个地点相隔的距离 为VSTS，TS为波源的周期。 y
(2) 当Z1<< Z2或Z1>> Z2时, Ir Ii; It 0。
Z1 Ii
Z2
It
Z1 Ii
Ir
Z2
第二节、声强级与响度级
一、听觉区域
引起人耳听觉的声波
与频率有关（声调）（20--20 kHz） 与声强有关（响度）（10-12--1 W/m2）
听阈：能引起听觉的最小声强剌激量（最低可闻声强）
公式归纳：波源和观测者运动方向与波传播方向共线。
'
u (u
Vo VS
)
S
其中：波源静止 VS 0
观察者静止 VO 0
'
'(1uVo )
u VuS
SS
VS ((13)) V0
二者相互靠近 VS .VO取正值代入
二者相互远离 VS .VO 取负值代入。
波源Βιβλιοθήκη 观测者第四章 声波 (Sound wave)
声波：频率( )在２0Ｈz—２０００0Ｈz之间
的机械波(纵波），能引起人的听觉。 超声波(Ultrasonic wave)：频率高于２００0０Ｈz的声波。 次声波(Infrasonic wave)：频率低于２０Ｈz的声波。
2.次声波 特点：频率低、能量损失少。
声波
设入射波强度：Ii
反射波强度：Ir 透射波强度：It
强度反射系数：
ir
Ir Ii
(Z2 (Z2
Z1 ) 2 Z1 ) 2
强度透射系数：
it
It Ii
4Z1Z 2 (Z2 Z1)2
ir it 1
第四章 声波
例题
如果超声波经由空气传入人体，问进入人体的声
波强度是入射前强度的百分之几？如果经由蓖麻油 （Z=1.36×106kg/m2s）传入，则进入声波的强度又是 入射前强度的百分之几？
L 10 lg I 80 I0
I0=10-12w/m2
I=10-4w/m2 E=I. t .s
L 10 lg 2I 83dB I0
第三节 多普勒效应
（Doppler effect)
多普* 多勒普效应勒是效由应生：在因德波国的源奥或地观利测物者理相学对家多介普质勒运 （动jo，ha而nn使do观pp测le频r 1率80与2-波185源3 频）率发不现的同．的现象。
声强（dB）
0 10 20 30 60~70 90 140 170
例题
1、某马达开动时产生的噪声声强为10-7 W/m2， 求①开动一台马达，其噪声声强级为多少dB？②同时 开动两台马达，其噪声声强级为多少dB？
解：①∵ I1= I = 10-7 W/m2 ，I0= 10-12 W/m2
∴
L1
10 lg
与地球、海洋及大气的大规模运动有关。如火山爆发、地震、 大气湍流等都有次声波产生
第四章 声波 一、声压与声强
声波在空气中以纵波的形式传播
P x
1.声压：在某一时刻，介质中某一点的压强与
无声波通过时的压强之差
P uAcos[(t x) ]
u
2
声压幅值： Pm uA
vs＜0
vs＞0 vo ＞0
vo＜0
第四章 第三节 多普勒效应
波源 α
vo
观测者
β vs
u vo cos u vs cos
多普勒频移：由多普勒效应引起的接收频率 与发射频率之差
频移 0
第四章 第三节 多普勒效应 补充例题
1、当一列火车以96km/h的速度由你身边开过， 同时用2kHZ的频率鸣笛时，问你听到的频率是多少？ （空气中的声速为340m/s）
解：① Z1= 0.0004×106kg/m2, Z2= 1.63×106kg/m2
∵
ir
Ir Ii
(0.0004 (0.0004
106 106
1.63106 )2 1.63106 )2
0.999
∴
it
It Ii
1 ir 1 0.999 0.001 0.1%
1000HZ的听觉域：
L = 0 ~ 12 B L = 0 ~ 120 dB