2020秋八年级物理上册第二章声现象第3节声的利用超声波的应用素材新版新人教版

八年级物理上册：
超声波的应用
频率高于人的听觉上限(约为20000Hz)的声波，称为超声波。

超声波在媒质中的反射、折射、衍射、散射等传播规律，与可听声波的规律并没有本质上的区别。

但是超声波的波长很短，只有几厘米，甚至千分之几毫米。

与可听声波比较，超声波具有许多奇异特性：传播特性——超声波的波长很短，通常的障碍物的尺寸要比超声波的波长大好多倍，因此超声波的衍射本领很差，它在均匀介质中能够定向直线传播，超声波的波长越短，这一特性就越显著。

功率特性——当声音在空气中传播时，推动空气中的微粒往复振动而对微粒做功，声波功率就是表示声波作功快慢的物理量。

在相同强度下，声波的频率越高，它所具有的功率就越大。

由于超声波频率很高，所以超声波与一般声波相比，它的功率是非常大的。

空化作用——当超声波在液体中传播时，由于液体微粒的剧烈振动，会在液体内部产生小空洞。

这些小空洞迅速胀大和闭合，会使液体微粒之间发生猛烈的撞击作用，从而产生几千到上万个大气压的压强。

微粒间这种剧烈的相互作用，会使液体的温度骤然升高，起到了很好的搅拌作用，从而使两种不相溶的液体(如水和油)发生乳化，并且加速溶质的溶解，加速化学反应。

这种由超声波作用在液体中所引起的各种效应称为超声波的空
化作用。

超声波的技术应用，概括起来主要包括两个方面：
(1)超声探伤、测厚、测距、医学诊断和成像。

在工业生产中常常运用超声透射法对产品进行无损探测(图1－4)。

超声波发生器发射出的超声波能够透过被检测的样品，被对面的接收器所接收(图1－4甲)。

如果样品内部有缺陷，超声波就会在缺陷处发生反射(图1－4乙)，这时，对面的接收器便收不到或者不能全部收到发生器发射出的超声波信号。

这样，就可以在不损伤被检测样品的情况下，检测出样品内部有无缺陷。

在医疗诊断中则常采用回声法：将弱超声波透入人体内部，当超声波遇到脏器的界面时，便发生反射和透射。

透射入脏器内部的超声波，再遇到界面时还会再次发生反射和透射，超声波接收器专门接收各次的反射波。

医务人员根据所收到的各次反射波的时间间隔和波的强弱，就能够了解到脏器的大小、位置及其内部
的病变等。

(2)超声处理。

超声处理主要是利用它的功率特性和空化作用，改变或者加速改变物质的某些物理、化学、生物特性或状态。

利用强超声波进行加工、清洗、焊接、乳化、粉碎、脱气、医疗、种子处理等，已经广泛地应用于工业、农业、医疗卫生等各个部门。

在工业上，利用强超声波对钢铁、陶瓷、宝石、金刚石等坚硬物体进行钻孔和切削加工。

平时我们用锤子和钢钎可以一下一下地将坚硬的岩石打出洞
来，超声加工也是这个道理。

如图1－5所示，紧压在工件上的金属杆叫变幅杆，当绕在它上面的线圈中通过交变电流时，它便产生超声振动而不断地敲击工件。

变幅杆下端与工件之间放有金刚砂一类的高强度磨料。

在杆的冲击下，磨料的颗粒就像被锤子敲击的钢钎一样錾削着工件。

虽然变幅杆的伸缩量很小(只有几十微米)，每次的加工量很小，但由于超声源的频率很高，每秒钟振动在20000次以上，所以工件被“蚕食”的速度是很快的。

变幅杆底端的形状是什么样，加工出的工件形状也是什么样。

所以，利用超声可以加工出形状复杂的零件，而且加工的精度和光洁度也都很高。