大一上物理课件第九章.docx

第九章声和超声 经过复习后，应当: 1.掌握声强和声强级、多普勒效应、超声波的性质、B型和M型超声成像原理; 2.理解声速、声压、声阻抗、声强反射系数、人耳听觉特征、超声波的发射和接收，超声波与物质的作用; 3.认识A型超声和多普勒超声、超声刀、体内冲击波碎石。 9-1什么喊声压、声阻抗、声强?它们之间的关系怎样?声强与声强级有什么不一样? 答:①在某一时刻，介质中某一点的压强与无声波经过时的压强之差，喊声压，它是空间和时间的函数;质点密集处声压为正，稀少处声压为负。 ②声压幅值Pm与介质质点振动的速度幅值Vm之比喊声阻抗，其大小等于介质的密度与 声速的乘积，反应了介质的声学特征。 ③声强是指单位时间内经过与声波流传方向垂直的单位面积上的能量，其大小与频次的平 方、振幅的平方成正比。 ④声压、声阻抗、声强三者之间的关系可用下式表示 1 2 A 21 21 Pm2 I 2 ZVm Z 2 2 ⑤声强是声波的强度， 又叫能流密度，它是表征声波能量流传的一个物理量。 而声强级是指 声波强度的等级，它以 I0=10 -12W·m-2为标准参照声强，用声波相对强度的常用对数来 表示，即L10lgI（dB）。 I0 9-2拥有相同强度的两列声波分别在空气和水中流传， 已知空气和水的声阻抗分别为 Z1 和 Z2，求两介质中声压幅值之比。 解:设两列声波的强度分别为 I1、I2，它们在空气和水中的声压幅值和声阻抗分别为 P1 、 1P2 Z1和P2、Z2，由公式I 可得 2 Z I1 1P12 I2 1P22 2Z1 2Z2 已知I1=I2，且查表可知Z1=2×10 2 kg·m-2 ·s-1，Z2=1.48×10 6 kg·m-2·s-1 ，则 由上边两式可得两介质声压幅度之比为 P1 Z1 2 102 ≈1.16×10 -2 P2 Z2 1.48 106 9-3声波在空气中的压强为P=1.5sinπ（330t-x）N·m-2，求其声压幅值和声振动幅度，已 -3 知空气的密度为1.29kg·m。 P 1.5sin(330t x) 1.5cos[ (330t x) ] x 2 1.5cos[330(t ) 2 ] （a） 330 由上式可知，声速c=330m·s-1 ，角频次ω=330πrad·s-1 。而声压的通用表达式为 P c Acos[ (t x) ] （b） c 2 将（a）式与（b）式比较，可得声压幅值为 Pm =ρcωA=1.5N·m-2 ，由此可进一步计算 声振动的幅度 A为 A Pm 1.5 ≈3.4×10 -6 m c 1.29 330 330 3.14 9-4已知某声波的声压幅值为 80N·m-2，介质中的声阻抗为 443.76kg·m-2·s-1，求声强? 解:已知Pm=80N·m-2，Z=443.76kg·m-2 ·s-1 ，则声强为 I 1Pm2 1 802 W·m-2 ≈7.21W·m-2 2 Z 2 443.76 9-5声强级为120dB的声波（在20℃的空气中）的声压幅值是多少 ?它施于面积为0.55×10-4 m2的耳鼓膜口的最大作使劲是多少 ? 解:①已知L10lgI =120dB，I0 =10-12W·m-2 ，由此可得该声波的声强为 I0 -2 。查表得空气的声阻抗 Z为400kg·m -2 -1 1 Pm2 I=1W·m ·s （20℃），由I 可得声压 2 Z 幅值为 Pm2IZ21400PN·m-2≈28.3Pa ②已知面积S=0.55×10-4m2，由F=P·S的关系，可得耳鼓膜口最大作使劲为Fm=Pm·S=28.3×0.55×10-4N=1.6×10-3N 9-620℃时空气和水的声阻抗分别为415和1.48×106kg·m-2·s-1，计算声波由空气垂直入射到水面上时的声强反射系数。 解:已知Z1=415kg·m-2·s-1，Z2=1.48×106kg·m-2·s-1，将它们代入声强反射系数公式得 Z2 Z1 ) 2 ( 1.48 106 415 2 a( Z1 1.48 106 ) ≈0.999=99.9% Z2 415 9-7某声音的声强级比声强为10-6W·m-2的声音的声强级大10dB时，问此声音的声强是 多少? 解:由声强级公式可知，声强为 10-6W·m-2的声音的声强级为 10 L10lg 10  6 =60dB 所以所求声音的声强级I=（60+10）dB=70dB，则由声强级公式得 10lg I I 70dB I0 10lg 1012 解之可得，所求声音的声强为 I=10-5W·m-2 9-8一个人说话的声强级为 30dB，那么10 个人同时说话时的声强和声强级各是多少? 解:①已知一个人说话的声强级 L=30dB，设它的声强为I，则依据声强级公式有 I =30dB 1