超声波及其应用
人能够听到声音的频率范围从20Hz到20000Hz,低于20Hz的声音叫次声波,高于20000Hz的声音叫超声波。超声波具有许多奇异特性:空化效应——超声波能在水中产生气泡,气泡爆破时释放出高能量,产生强冲击力的微小水柱,使物件表面及缝隙中的污垢迅速剥落,从而达到净化物件表面的目的,在均匀介质中能够定向直线传播,根据这一特性可以进行超声探伤、测厚、测距、医学诊断等。
(1)超声波的频率范围是
(2)超声波能够清洗物件是因为声波能够传递
(3)在日常工作生活中,超声波还应用在哪些领域
(4)若声音在海水中的传播速度为1500m/s,利用回声定位原理从海面竖直向海底发射超声波,到接收回声所用时间为4s。则此处海水的深度为
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最聪明的高铁
2022北京冬奥会期间,作为我国首条智能高铁的自动驾驶动车“京张高铁动车组”亮相世界。车厢融合5G+4K技术,搭建了世界首个高铁5G超高清演播室,实现列车运行中的节目现场录制和赛事直播。为保障用电安全,设计人员为高铁配电柜骨架涂了一层微米级陶瓷多孔材料,车内冷凝水可以存储在孔隙中。当车内温度升高时,冷凝水便可自然消失。该高铁配备了动力电池,在没有接触网供电或者出现供电故障的情况下,通过动力电池即可实现“自走行15至20公里”,同时可增大爬坡能力,实现大坡道的高加速。此外,“头型”采用鹰隼造型,比上一代列车阻力降低7.9%,一列车一年可以节省180万度电。从1909年京张铁路首次开通到2022年智能京张高铁开通运营,从时速35km到350km,从自主设计到世界最佳,京张线见证了中国综合国力的发展,意义重大。(1)5G超高清演播室借助
(2)新车型设置了动力电池的目的之一是
(3)高铁车站进站口安装了安检机,检查乘客是否携带危险品乘画出此时行李A受力的示意图
“翼龙”无人机是由中航工业成都飞机设计研究所研制的一种中低空、军民两用、长航时多用途无人机.图所示是无人机的图片,下表为其部分技术参数.“翼龙”无人机装配有一台活塞式发动机,具备全自主平台,可携带各种侦察、测距、电子对抗设备及小型空地打击武器,可广泛应用于如灾情监视、军事活动等科学研究领域.活塞式发动机是无人机的核心部件,为了确保无人机的飞行速度不超过最大值,工程师给发动机装上了能控制油门大小的限速器控制无人机的速度.限速器中有个R0的电阻,阻值随飞行速度的变大而减小.
最大飞行速度km/h | 280 | 正常巡航速度km/h | 180 |
最大载荷量kg | 200 | 最大载燃油量kg | 300 |
机身质量t | 1.1 | 机身长度m | 9.0 |
(1)“翼龙”无人机飞行时机翼上表面风速比下表面风速
(2)“翼龙”无人机以最大飞行速度飞行2h,飞行的距离是
(3)“翼龙”无人机飞行速度越来越大时,限速器中电阻R0阻值会越来越
如图1所示,2018年12月8日2时23分,长征三号乙运载火箭成功发射嫦娥四号探测器。2019年1月3日上午,着陆距离月面100m时,推进器开启让着陆器处于悬停状态(如图2),然后激光和摄像头进行探测,分析最佳的着陆位置,1月3日上午10点26分成功在月球背面软着陆,拍下世界首张月背影像图。由于地球上的通信信号无法穿透月球抵达其背面,这就需要鹊桥中继卫星的帮助来实现数据传输,完成地面测控任务,如图3所示。已知物体在月球上受到的重力只有地球上的六分之一,回答下列问题:
(1)火箭上和月球探测器上均安装有摄像机和照相机拍摄记录飞行过程以及月面照片,照相机和摄像机的镜头相当于
(2)总质量约为的嫦娥四号探测器在距月面100m悬停状态时相对月球是
(3)月球车与着陆器分离的过程,着陆器上的摄像机拍摄到的视频没有声音,原因是
(4)我国自行研究设计的玉兔二号月球车整车质量只有140kg,在月球上受到的重力约为
(5)发挥你的想象,在你学过的实验中,在月球上不能做的是
会“拐弯”的声音
声音不但会“爬行”,而且会“拐弯”。1923年,荷兰的一个火药库发生了大爆炸,据调查,在100km的范围内,人们清翅地听到了爆炸声,在100km到160km的地区内,人们却什么没有听到,令人奇怪的是,在1300千米的地方的人们却又清楚地听到了爆炸声。
这真是件有趣而又奇怪的事!声音怎么会拐弯绕过中间地带呢?
原来声音有个“怪脾气”:它在温度均匀的空气里站笔直地走的。一旦碰到空气的温度有高有低时,它就尽挑温度低的地方走,于是声音就拐弯了。如果某个地区接近地面的温度变化得厉害,这儿高那儿低,那么声音拐到高空后又会往下,这样就会造成一些奇怪的现象。
(1)声音喜欢在怎样的物质里“走”?答:声音喜欢“走”温度
(2)不久将来,金坛高速火车通行后,每天不同时刻都有火车经过离我们家或学校不太远的地方,你注意过吗?傍晚和早晨听到火车的汽笛声很清楚,一到中午就不太清楚了,有时甚至听不见。你能对此现象做出简单的解释吗?答
(3)请想象一下:如果声音传播的速度变成0.1m/s,我们的生活会变成什么样?设想一个合理情景,答:
(4)小明爸爸的驾驶汽车行驶在平度的沿江高速茅山隧道门前,已知汽车以20m/s的速度匀速行驶。在隧道口前A位置处爸爸鸣笛,经2s后,在隧道口前B位置处听到鸣笛的回声,则A位置处离隧道口距离为
声音不但会“爬行”,而且会“拐弯”。1923年,荷兰的一个火药库发生了大爆炸,据调查,在100千米的范围内,人们清楚地听到了爆炸声,在100千米到160千米的地区内,人们却什么没有听到,令人奇怪的是,在1300千米的地方的人们却又清楚地听到了爆炸声。这真是件有趣而又奇怪的事!
声音怎么会拐弯绕过中间地带呢?原来声音有个“怪脾气”:它在温度均匀的空气里是笔直地走的;一旦碰到空气的温度有高有低时,它就尽挑温度低得地方走,于是声音就拐弯了。如果某个地区接近地面的温度变化得厉害,这儿高那儿低,那么声音拐到高空后又会往下,这样就会造成一些奇怪的现象。
(1)声音喜欢选择从温度较
(2)人在50km处比100km处听到的爆炸声的响度要
(3)生活在离火车道较近的人们发现,夜晚和早晨听到火车的汽笛声很清楚,一到白天就不太清楚了,有时甚至听不见,主要是由于早晚比白天的地表
超声波指纹识别
自从手机上使用指纹识别以来,指纹识别技术已经成为智能手机上的标配,最近科学家又开发了一种新的指纹识别技术——超声波指纹识别。超声波指纹识别的原理是利用超声波具有穿透材料的能力,且随材料的不同产生大小不同的回波(超声波到达不同材质表面时,被吸收、穿透与反射的程度不同)。因此,利用皮肤与空气对于声波阻抗的差异,就可以区分指纹波峰和波谷所在的位置。其工作过程就和用声呐探测海底深度类似,是靠特定频率的信号反射来探知指纹的纹路和表面皮肤的深浅,并据此绘制出指纹的“高低起伏”特征进行识别。超声波指纹识别技术所使用的超声波频率为,能量被控制在对人体无损的程度。
以前的指纹识别技术是2D图像,而超声波扫描可以对指纹进行更深入的分析采样,甚至能渗透到皮肤表面之下识别出指纹独特的3D特征。因此仅凭一张指纹的平面图是无法蒙混过关的,安全系数大大增加。
(1)频率高于
(2)超声波指纹识别是通过超声波获取指纹的信息,以下各项应用中与此类似的是
A.超声波体外碎石 B.医生用B超诊断病情
C.超声波加湿器对空气加湿 D.超声波清洗眼镜片
(3)放大手指局部,表面是凹凸不平的。下面是超声波指纹识别系统,在发出超声波遇到手指上A、B、C、D、E五个位置,测得回收信号的时间分别为0.30ms、0.36ms、0.30ms、0.36ms、0.26ms。根据时间,求出手指与手机平面的距离,就可以绘出指纹的大致形状,则该处指纹的大致形状如图中的
A. B.
C. D.
材料一:蝙蝠在黑暗中能自由地飞翔,用蜡封住其耳朵,虽然把它放在明亮的房间里,仍然像喝醉酒一样,一次一次地碰到障碍物,后来,物理学家证实了蝙蝠能发出①(选填“超声”或“次声”)波,靠这种波的回声来确定目标和距离.
材料二:如果把八只同样的玻璃杯盛不同深度的水用一根细棒依次敲打杯子,可以发现声音的②(“音调”或“响度”)和盛水量有关.如果调节适当,可演奏简单的乐谱,由此我们不难知道古代“编钟”提道理.
材料三:许多年前,“马可波多”号帆船在“火地岛”失踪,经过多年的研究,揭开了“死亡之谜”,他们都是死于亚声,这是一种人耳听不到的声音(人耳能听到声音的频率范围为20Hz--20kHz),频率较低,而人的内脏的固有频率和亚声波极为相似,当二者相同时,会形成内脏的共振,严重时,把内脏振坏而丧生.
问题:(1)请你将上面材料中①和②两处补上恰当的文字:
①
(2)亚声是指我们学过的
(3)从材料三中可以看出,人体内脏的固有频率大致低于
超声波及其应用
人能够听到声音的频率范围从20Hz到20000Hz,低于20Hz的声音叫次声波,高于20000Hz的声音叫超声波。
超声波具有许多奇异特性:空化效应——超声波能在水中产生气泡,气泡爆破时释放出
高能量,产生强冲击力的微波水柱,这不断冲击物体的表面,使物体表面及缝隙中的污垢迅速剥落,从而达到净化物体表面的目的.传播特性——它的波长短,在均匀介质中能够定向直线传播,根据这一特性可以进行超声波探伤、测厚、测距、医学诊断等.
(1)超声波的频率范围是
(2)超声波能够清洗物体是因为声波具有
(3)宇航员在月球上不能利用超声波测定两山之间的距离,是由于
(4)若声音在海水中的传播速度为1500 m/s,利用回声定位原理从海面竖直向海底发射超声波,到接收到回声所用时间为4s,那么请计算该处海水的深度是多少
超声波及其应用
人耳最高只能感觉到大约20000Hz的声波,频率更高的声波就是超声波了,超声波具有许多奇异特性:空化效应——超声波能在水中产生气泡,气泡爆破时释放出高能量,产生强冲击力的微小水柱,它不断冲击物体的表面,使物体表面及缝隙中的污垢迅速剥落,从而达到净化物体表面的目的。传播特性——它的波长短,在均匀介质中能够定向直线传播,根据这一特性可以进行超声探伤、测厚、测距、医学诊断等。
(1)超声波的频率范围是
(2)超声波能够清洗物体是因为声波能够传递
(3)超声波传播中遇到障碍物时
小明参观科技馆时,看到下面的资料:“蛟龙号”载人深潜器(如图所示)是我国首台自主设计自主集成研制的作业型深海载人潜水器,也是目前世界上下潜 能力最深的作业型载人潜水器.“蛟龙号”可在占世界海洋面积99.8%的广阔海域中使用,对于我国开发利用深海的资源有着重 要的意义.“蛟龙号”,最大工作设计深度为 7000 米.“蛟龙号”深海通讯靠“声”不靠“电磁”, 陆地通信主要靠电磁波,速度可以达到 光速.但这一利器到了水中却没了用武之地,电磁波在海水中只能深入几米.“蛟龙号”潜入深海数千米,如何与海面母船保持联系呢? 科学家们研发了具有世界先进水平的高速水声通讯技术,采用声呐通讯.
根据以上资料和学过的知识,回答下列问题:
(1)潜水器在下潜过程中受到海水的压力逐渐
(2)下潜到海面下 7000m 深处时受到海水的压强是
(3)潜入深水的“蛟龙号”工作室内的科学家是靠
(4)声在水中传播速度是 1500m/s,如果母船上的人向 7000m 深度的蛟龙号发出信号,大 约经
潜艇的“耳目”﹣﹣声呐
潜艇最大的特点是它的隐蔽性,作战时需要长时间在水下潜航,这就决定它不能浮出水面使用雷达观察,而只能依靠声呐进行探测,所以声呐在潜艇上的重要性更为突出,被称为潜艇的“耳目”。声呐是利用水中声波对水下目标进行探测、定位和通信的电子设备,是水声学中应用广泛的一种重要装置。
声呐能够向水中发射声波,声波的频率大多在10000Hz~30000Hz之间,由于这种声波的频率较高,可以形成较强指向性.声波在水中传播时,如果遇到潜艇、水雷、鱼群等目标,就会被反射回来,反射回来的声波被声呐接收,根据声信号往返时间可以确定目标的距离。
声呐发出声波碰到的目标如果是运动的,反射回来的声波(下称“回声”)的音调就会有所变化,它的变化规律是:如果回声的音调变高,说明目标正向声呐靠拢;如果回声的音调变低,说明目标远离声呐。
请回答以下问题:
(1)人耳能够听到声呐发出的声波的频率范围
(2)①如果停在海水中的潜艇A发出的声波信号在8s内接收到经B潜艇反射回来的信号,且信号频率不变,潜艇B与潜艇A的距离s是
②停在海水中的潜艇A继续监控潜艇B,突然接到潜艇B反射回来的声波频率是变低的,说明潜艇B与潜艇A的距离
(3)在月球上
超声波及其应用
人能够听到的声音的频率范围是到,低于的声叫次声波,高于的声叫超声波,超声波具有许多奇异特性:空化效应——超声波能在水中产生气泡,气泡爆破时释放出能量,产生具有强冲击力的微小水柱,水柱不断冲击物件的表面,使物件表面及缝隙中的污垢迅速剥落,从而达到净化物件表面的目的;传播特性——它的波长短,在均匀介质中能够定向直线传播,根据这一特性可以进行超声波探伤、测厚、测距、医学诊断等;方向性好、能量密度大——易于获得较集中的声能,可用于回声定位、医疗检查,还可以用来碎石、清洗等。(1)超声波的频率范围是
(2)超声波能够清洗物件是因为声波具有
(3)在月球上不能利用超声波测量月球车和障碍物之间的距离,是由于
(4)汽车上的倒车雷达是借助超声波,利用回声定位原理来工作的,倒车雷达工作时,人耳
(5)若声在海水中的传播速度为,利用回声定位的原理从海面竖直向海底发射超声波,到接收到回声所用的时间为,那么该处海洋的深度为