1、8.5 声波 超声波 一、声波 声波是机械波的一种。在弹性介质中传播的纵波，其频率约 在20到20000Hz范围内，能引起人的听觉，这种波叫作声波。 频率低于20Hz的叫次声波，高于20000Hz的叫超声波。 超声波具有波动的一般特性，也能产生反射、折射、干涉和衍 射等现象。 气体中的声速 为气体定压摩尔热容与定容摩尔热容之比，P为气体的压强,。 为气体的密度 1 如在标准状态下，空气中的声速为 例 试求摩尔质量为m、温度为T 的理想气体中的声速。 解 可见在同一温度下，声波在液体和固体中的传播速度要比 在气体中大得多 2 声压 介质中有声波传播时的压强与无声波时的静压强之间有一 差值，这一压
2、强差称为声压。 声压的成因很明显，由于声波是疏密波，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，由于介质中各点声振动作周期性变化，声压也在作 周期性变化。前者声压为负值，后者声压为正值。 对平面简谐波来说，可以证明声压振幅为 3 声强 声强级 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 ，叫声波的能流密度或声强。 可以证明，声强公式为 超声波的频率高，因而它的声强就很大。 爆炸声、炮声等声波由于振幅大、声强也可以很大。 即声强与频率的平方、振幅的平方成正比，其单位是 能够引起人听觉的声强范围大约为10-12Wm-21Wm-2。此 范围很大。 4
3、 通常规定声强I010-12Wm-2(即相当于频率为1000Hz的声波 能够引起听觉的最弱的声强)为测定声强的标准。如果某一 声波的声强为I，则比值I/I0的对数，叫作相应于声强I 的声 强级L 声强级 L的单位为贝耳(B)。 B这一单位太大，实际应用时通常采用贝耳的1/10，即分贝 (dB)为单位， 在声学中常用声强级来描述声波在介质中各点的强弱。 5 声 源声强（W.m-2）声强级/dB响度 引起痛觉的声音1120 震耳 钻岩机或铆钉机10-2 100 震耳 交通繁忙的街道10-570响 通常的谈话10-660正常 耳语10-1020轻 树叶沙沙声10-1110极轻 引起听觉的最弱 声音
4、10-12 0 一些常遇到的声音的声强 声强级和响度 6 二、超声波 一般在气体中使用的超声波频率可达106Hz，在固体和液体 中使用的超声波频率可达109Hz，利用共振现象可以增大其 振幅，得到很强的功率。 超声波的波长很短，一般为10-610-4m.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 等方面与光波相似，从而可以得到高能量、方向性良好的超 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。特 别在导体性溶液(如海水)中，这些特性，在实践中得到广泛 应用。 7 超声检测技术 利用超声波的定向发射性质,可以探测水中的物体,如探测 鱼群、潜艇等,也可以
5、测量海水的深度,研究海底的地形起 伏,发现海礁和浅滩. 在工业上,超声波可以探测工件内部的缺陷(如气泡、裂缝 、砂眼等) 超声波与捕鱼 如试验研究发现，鱼在觅食时可发出一定的特征声谱。当 人工模仿或直接播放鱼在觅食时发出的特征声谱时，即使 不投放诱饵也可引诱大量的鱼群，大大有利于捕捞。 8 超声波在食品加工及医学上的应用 由于超声波的破坏作用，能使微生物和病毒死亡。因此，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。 利用超声波的乳化、凝结和扩散作用可以将某些不溶于水的 药物制成水溶液或针剂。 超声波扫描仪用于动物疾病的诊断，以及利用超声波的热效 应治疗动物的一些疾病等。 超声波对肌肉的温热作用可解除张力，发生普遍的充血现 象，软化疤痕及改善循环等效果。 9 超声波对植物的作用 用一定的强度和频率的超声波处理大麦，结果发现其发芽 的平均时间缩短，萌发的机能也增长了。 用超声波处理种在某种程度上加快了种子的萌发，并且可 以打破有些种子的休眠期， 在中草药种植方面效果尤为显著。这是因为种子由于超声 波能量的影响，从而加强了种子细胞中的氧化过程。 10
