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超声波指纹识别技术

传统指纹识别TouchID已成为智能手机的标配。随着黑科技超声波指纹识别技术SenserID的出现，屏下指纹的全面屏手机变得越来越普及。
与传统指纹识别不同，超声波指纹识别技术是通过发射超声波扫描紧贴屏幕的指纹，并根据接收到的反射超声波分析得出指纹的信息
超声波是频率超过人类听觉上限的声波，具有较强的穿透能力，能够穿透玻璃、铝、不锈钢、蓝宝石或塑料等。此外，例如汗水、护手霜或凝露等，从而提供一种更稳定、更精确的认证方法。
（1）超声波是指频率高于______Hz的声波，______（选填“能”或“不能”）在真空中传播。
（2）超声波传播中遇到障碍物时会有一部分被反射回来形成回声。已知超声波在海水中传播速度约为1500m/s，向海底垂直发射超声波，若4s后收到回声信号______m。
（3）SenserID系统能置于手机内部，可以让超声波透过屏幕进行指纹识别，是因为超声波具有______的特点。
（4）超声波指纹识别是通过声波获取指纹的信息，以下各项应用中与此不同的是______。
A．科技工作者利用声呐探测海底深度
B．技工利用超声波给金属工件探伤
C．医生利用超声波除去人体内的结石
D．渔民利用声呐探测大海鱼群
（5）SenserID系统利用了仿生学原理，它模仿了下列哪个选项的生物______。
A．蝙蝠B．蜘蛛C．青蛙D．猫
（6）SenserID系统向手指上若干个位置发射超声波，检测到被手指反射的信号时所需的时间随位置的变化情况如图1所示，由图可知这些位置指纹的大致形状______。

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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，它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探伤、测厚、测距、医学诊断等。
（1）超声波的频率范围是______；
（2）探测船发出声音是为了有更好的回收效果，最好用______波（超声/次声），原因是______。此处利用声波来传递______；
（3）宇航员在月球上不能利用超声波测定两山之间的距离，是因为______。

【推荐3】阅读短文并回答问题。

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 ________ ，人耳 ________听到超声波（填“能”或“不能”）；
（2）超声波能够清洗物体是因为声波能够传递 ________，医院里用的“B超”也是超声波的应用，说明声波还可以传递 ________；
（3）超声波传播中遇到障碍物时 ________（填“会”或“不会”）有一部分被反射回来形成回音，超声波在真空中的传播速度是 ________。

【推荐1】阅读短文《超声波指纹识别技术》，回答问题。
不知道你的手机用多久了？如果用的时间够久的话，指纹识别模块（Home键或手机背盖处的指纹识别模块）是不是已经磨损了？或者你的手指上有汗或手指脱皮，是不是指纹识别就失效了？利用超声波指纹识别，就不会出现上面说的那些情况。具体来讲，超声波指纹识别属于第三代指纹识别技术，其工作原理与声呐探测海底深度类似。超声波能穿透材料，而且材料的不同，超声波被反射、吸收的情况会有变化，产生的回波自然也就不同，皮肤与空气对超声波的阻抗不同，就可以区分指纹波峰和波谷的位置，也就做出指纹的三维图像。超声波指纹识别的优点很明显：首先，手指无需接触指纹模块，也就不会出现指纹模块被磨损的情况，这也意味着超声波指纹识别模块可以隐在手机内部，手机外观也就会得到提升；其次，超声波的识别深度是可以穿过手指表皮的，手指脱皮也不用怕识别不了，如果手指有水或汗液，照样能识别；最后，在安全性上，因为超声波识别的是三维图像，像以前那样只需一张指纹平面图是无法蒙混过关的。
（1）超声波指纹识别是通过超声波获取指纹信息，以下各项应用中与此类似的是 _____；
A.超声波焊接器
B.超声波清洗器
C.医生用B超诊断病情
D.医生用超声波击碎结石
（2）已知超声波在海水中的传播速度约为1500m/s，向海底垂直发射超声波，若6s后收到回声信号，则海底深度为 _____m；
（3）放大手指局部，表面是凸凹不平的。图甲是超声波指纹识别系统，手机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是图乙中的 _____（1ms＝0.001s）。

【推荐2】请阅读下列短文，然后回答问题：
科学家将每秒振动的次数称为声音的频率，它的单位是（Hz），我们人类耳朵能够听到的声波频率为20Hz﹣20000Hz，因此，我们把频率高于20000赫兹的声波称为“超声波”，超声波的方向性好，穿透力强，易于获得较集中的声能，在水中传播距离远，可用于测距、测速、清洗、焊接、碎石、杀菌消毒等，在医学、军事、工业、农业上有很多的应用。超声波因其频率下限大于人的听觉上限而得名。通常用于医学诊断和超声波频率为1兆赫兹﹣30兆赫兹。
理论研究表明，在振幅相同的条件下，一个物体振动的能量与振动频率成正比，超声波在介质中传播时，介质质点振动的频率很高，因而能量很大。在中国北方干燥的冬季，如果把超声波通入水罐中，剧烈的振动会使水罐中的水被破碎成许多小雾滴。再用小风扇把小雾滴吹入室内，就可以增加室内空气湿度。这就是超声波加湿器的原理。如咽喉炎，气管炎等疾病，很难利用血流使药物到达患病的部位，利用加湿器的原理，把药液雾化，让病人吸入，能够提高疗效。利用超声波巨大的能量还可以使人体内的结石做剧烈的受迫振动而破碎，从而减缓病痛，达到治愈的目的．超声波在医学方面应用非常广泛，可以对药品进行杀菌消毒。
（1）“超声波因其频率下限大于人的听觉上限而得名”。指的是频率高于__Hz；
（2）超声波在医学、军事、工业、农业上有很多应用。请根据本文列举一个超声波在医学上应用的实例 __。

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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：如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。
超声波的波长短，在均匀介质中能够定向直线传播，根据这一特性可以进行测距。如图所示为在现代汽车倒车雷达在实时测量汽车周围是否存在障碍物，它的工作原理是：发射器向外面某一个方向发射出声波信号（声波频率范围为20000Hz以上），在发射的同时开始进行计时，声波传播途中遇障碍物就会立即反射回来，接收器在收到反射波的时刻就立即停止计时，从而测算出从发射点到障碍物之间的距离。
(1)频率高于 __ Hz的声音叫作超声波，频率低于 __ Hz的声音叫作次声波。
(2)超声波能够清洗物件是因为声波具有 __ 。
(3)倒车雷达装置发出的是 __ （填“超声波”或“次声波”），声波遇到障碍物可以发生 __ ，当司机听“嘀嘀”的报警声便知道汽车尾部接近障碍物是利用声音可以传递 __ 。
(4)如果倒车雷达发出信号后，接受到回声，已知声波在空气中的传播速度为，则障碍物距汽车为 __ 。
(5)除上述例子外，请再列举两个现代科技、生活中利用超声波的例子：
① __ ；② __

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新能源智能汽车

2020年9月30日，中国新能源智能汽车产业峰会在广东佛山隆重举行。新能源智能汽车融合汽车制造、计算芯片、人工智能、大数据、云计算、信息通信等多个高新技术产业，具备产业深度融合、技术体系复杂、价值链长，市场规模大等特点，已成为国际公认的汽车产业发展战略方向。
如图甲所示是款新能源智能汽车，车顶覆盖薄膜式太阳能电板，车窗采用“智能玻璃”，除了可实现调节温度和透明度（透过玻璃的光照度与入射光照度之比），还具有单向透光功能，可以从车内看到车外景象，而车外看不见车内景象；车身配有多个雷达，充分提高了行车的安全性。

（1）汽车雷达启动后发出 ___（超/次）声波信号经周边的物体的反射后，可判断车与障碍物的距离；
（2）汽车挡风玻璃是倾斜的，目的是使车内物体通过挡风玻璃所成的像位于 ___（上方/下方/正前方），不妨碍司机视线；
（3）炎热的夏天智能玻璃的单向透光可以有效减小____（红/紫）外线对人体皮肤的伤害；
（4）冬天行车时，汽车挡风玻璃的 ___（内/外）侧容易出现一层白雾，此时应将智能玻璃温度调 _____；
（5）智能玻璃能根据车外光照度自动调节玻璃的透明度，实现车内的光照度为一个适宜的定值，经测算车外光照度和玻璃的透明度的关系图像如图乙所示，当车外光照度为250Lx时，智能玻璃的透明度会自动调节为_____%。

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超声波指纹识别

目前超声波指纹识别已被广泛应用于手机加密。超声波指纹识别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（超声波到达材质不同的物体的表面时，被吸收、穿透与反射的程度不同）。因此，利用皮肤与空气对声波阻抗的差异，就可以区分指纹“峰”和“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，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。超声波指纹识别技术所使用的超声波频率范围为10⁵ Hz～10⁹ Hz，能量被控制在对人体无损的程度。
（1）频率高于______Hz的声叫做超声波，已知超声波在海水中的传播速度约为1500m/s，向海底垂直发射超声波，若4s后收到回声信号，则海底深度多少m？(      )
（2）超声波指纹识别是通过声波传递______ （ 选填“信息”“能量”）工作的。
（3）放大手指局部，表面是凹凸不平的。超声波指纹识别系统发出的超声波遇到手指上A、B、C、D、E五个位置，测得回波信号的时间分别为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______。（1 ms=0.001 s）

【推荐3】阅读短文，回答问题。

超声波指纹识别技术

传统指纹识别TouchID已成为智能手机的标配。随着黑科技超声波指纹识别技术SenserID的出现，屏下指纹的全面屏手机变得越来越普及。
与传统指纹识别不同，超声波指纹识别技术是通过发射超声波扫描紧贴屏幕的指纹，并根据接收到的反射超声波分析得出指纹的信息，进行比对解锁。超声波是频率超过人类听觉上限的声波，具有较强的穿透能力，能够穿透玻璃、铝、不锈钢、蓝宝石或塑料等。此外，超声波扫描能够不受手指上可能存在的污物影响，例如汗水、护手霜或凝露等，从而提供一种更稳定、更精确的认证方法。
（1）超声波是指频率高于______Hz的声波，超声波指纹识别技术______（选填“能”或“不能”）在月球上使用；
（2）超声波传播中遇到障碍物时，______（填“会”或“不会”）有一部分被反射回来形成回声；
（3）SenserID系统能置于手机内部，可以让超声波透过屏幕进行指纹识别，是因为超声波具有______的特点；
（4）超声波指纹识别是通过声波获取指纹的信息，以下各项应用中与此不同的是______；
A．科技工作者利用声呐探测海底深度       B．技工利用超声波给金属工件探伤
C．医生利用超声波除去人体内的结石       D．医生用B超诊断病情
（5）SenserID系统利用了仿生学原理，它模仿了下列哪个选项的生物______；
A．蝙蝠       B．蜘蛛       C．青蛙       D．猫
（6）SenserID系统向手指上若干个位置发射超声波，检测到被手指反射的信号时所需的时间随位置的变化情况如图1所示，由图可知这些位置指纹的大致形状，图2选项最符合的是______；

（7）某手机利用SenseID系统，从发出超声波到接收到指纹反射的超声波用时，由此可知SenseID系统到手机屏幕表面的距离为______mm。（超声波的传播速度取340m/s）

【推荐1】阅读材料，回答下列问题：

次声波

次声波的特点是来源广、传播远、能够绕过障碍物传得很远。次声的声波频率很低，一般均在20Hz以下，波长却很长，传播距离也很远。它比一般的声波、光波和无线电波都要传得远。例如，频率低于1Hz的次声波，可以传到几千以至上万千米以外的地方。次声波具有不仅可以穿透大气、海水、土壤，而且还能穿透坚固的钢筋水泥构成的建筑物，甚至连坦克、军舰、潜艇和飞机都不在话下。次声波在空气中传播速度为340m/s,由于次声波频率很低。大气对其吸收甚小，当次声波传播几千千米时，其吸收还不到万分之几，所以它传播的距离较远，能传到几千米至十几万千米以外。1883年8月，南苏门答腊岛和爪哇岛之间的克拉卡托火山爆发，产生的次声波绕地球三圈，全长十多万公里，历时108小时。1961年，苏联在北极圈内新地岛进行核试验激起的次声波绕地球转了5圈。7000Hz的声波用一张纸即可阻挡，而7Hz的次声波可以穿透十几米厚的钢筋混凝土。许多灾害性现象如火山喷发在发生前可能会辐射出次声波，因此有可能利用这些前兆现象预测灾害事件。地震或核爆炸所产生的次声波可将岸上的房屋摧毁。次声波如果和周围物体发生共振，能放出相当大的能量，如4~8Hz的次声波能在人的腹腔里产生共振，可使心脏出现强烈共振和肺壁受损，也可以用以摧毁特定目标。
（1）以下不属于次声波的特点的是 _____；
A．传播远
B．能够绕过障碍物
C．频率高
D．穿透力强
（2）次声波频率范围一般在 ___________，频率越 _____的次声波穿透力越强；
（3）在海洋中，次声波比超声波能够传播的更 _____（填“远”或“近”）；
（4）苏门答腊火山爆发产生的次声波绕地球三圈，时间约为100h，则这次次声波传播的路程约为 ___________km（设此时声速为340m/s）；
（5）________Hz的次声能在人的腹腔里产生共振，可使心脏出现强烈共振和肺壁受损。

【推荐2】阅读《“神秘而恐怖”的声音----次声波》回答问题

“神秘而恐怖”的声音---次声波

次声波的特点是来源广、传播远、能够绕过障碍物传得很远．次声的声波频率很低，在20Hz以下，波长却很长，传播距离也很远．它比一般的声波、光波和无线电波都要传得远．例如，频率低于1Hz的次声波，可以传到几千以至上万千米以外的地方．次声波具有极强的穿透力，不仅可以穿透大气、海水、土壤，而且还能穿透坚固的钢筋水泥构成的建筑物，甚至连坦克、军舰、潜艇和飞机都不在话下．次声波在空气中的传播速度也是340m/s，由于次声波频率很低，大气对其吸收甚小，当次声波传播几千千米时，其吸收还不到万分之几，所以它传播的距离较远，能传到几千米至十几万千米以外．1883年8月，南苏门答腊岛和爪哇岛之间的克拉卡托火山爆发，产生的次声波在空气中传播，绕地球三圈．1961年，前苏联在北极圈内新地岛进行核试验激起的次声波绕地球转了5圈．7000Hz的声波用一张纸即可阻挡，而7Hz的次声波可以穿透十几米厚的钢筋混凝土．4Hz-8Hz的次声能在人的胸腔和腹腔里产生共振，可使心脏出现强烈共振及肺壁受损．军事的次声波武器，就是产生的次声波与人体发生共振，使共振的器官或部位发生位移和变形，而造成人体损伤以至死亡的一种武器．只伤害人员，不会造成环境污染，其恐怖程度可见一斑．
1948年初，一艘荷兰货船在通过马六甲海峡时，一场风暴过后，全船海员莫名其妙地死光．在匈牙利鲍拉得利山洞入口， 3名旅游者齐刷刷地突然倒地，停止了呼吸．50年前，美国一个物理学家罗伯特·伍德专门为英国伦敦一家新剧院做音响效果检查，当剧场开演后，罗伯特·伍德悄悄打开了次声仪器，仪器无声无息地在工作着．不一会儿，剧场内一部分观众便出现了惶惶不安的神情，并逐渐蔓延至整个剧场，当他关闭仪器后，观众的神情才恢复正常．这就是著名的次声波反应试验．
有些动物能听到次声波，也有一些动物能发出次声波．能听见次声波的常见动物有狗（15Hz-50000Hz)、大象（1Hz-20000Hz)、鲸（15Hz-10000Hz)、水母（8Hz-13Hz）．能发出次声波的常见动物有大象（用脚踩踏地面发出次声波）、鳄鱼（靠振动背部发出次声波）、老虎（虎啸拥有次声波的威力，可以震错位人的耳朵关节，声音由低到高，能传播很远）．既能发出次声波又能听到次声波的常见动物有大象和鲸鱼．可见，在自然灾害面前，动物往往能提前预警，不是没有道理的．
（1）苏门答腊火山爆发产生的次声波绕地球三圈，约为120000km，则这次次声波传播的时间约为____________h．（保留整数）
（2）次声波在空气中传播时能量损失很_________（选填“大”或“小”），因此，次声波可以传播的很远．
（3） 次声波武器主要利用了次声波可以很好的传递_________（选填“能量”或“信息”）．
（4）大象可以通过叫声或脚踏大地向同类传递信息，要想给较远地方的同类传递信息，大象应该______________（选填“吼叫”或“用脚踩踏大地”）．