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物理课外百科—声波及其应用

查字典物理网 2016-03-17

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人耳最高只能感觉到大约 20 000 Hz 的声波，频率更高的声波就是超声波了.超声波广泛地应用在多种技术中.

超声波有两个特点，一个是能量大，一个是沿直线传播.它的应用就是按照这两个特点展开的.

理论研究表明，在振幅相同的情况下，一个物体振动的能量跟振动频率的二次方成正比.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.在我国北方干燥的冬季，如果把超声波通入水罐中，剧烈的振动会使罐中的水破碎成许多小雾滴，再用小风扇把雾滴吹入室内，就可以增加室内空气的湿度.这就是超声波加湿器的原理.对于咽喉炎、气管炎等疾病，药力很难达到患病的部位.利用加湿器的原理，把药液雾化，让病人吸入，能够增进疗效.利用超声波的巨大能量还可以把人体内的结石击碎.

金属零件、玻璃和陶瓷制品的除垢是件麻烦事.如果在放有这些物品的清洗液中通入超声波，清洗液的剧烈振动冲击物品上的污垢，能够很快清洗干净.

俗话说隔墙有耳(图1)，这说明声波能够绕过障碍物.但是，波长越短，这种绕射现象越不明显，因此，超声波基本上是沿直线传播的，可以定向发射.如果渔船载有水下超声波发生器，它旋转着向各个方向发射超声波，超声波遇到鱼群会反射回来，渔船探测到反射波就知道鱼群的位置了.这种仪器叫做声纳.声纳也可以用来探测水中的暗礁、敌人的潜艇，测量海水的深度.

根据同样的道理也可以用超声波探测金属、陶瓷混凝土制品，甚至水库大坝，检查内部是否有气泡、空洞和裂纹.

人体各个内脏的表面对超声波的反射能力是不同的，健康内脏和病变内脏的反射能力也不一样.平常说的B超就是根据内脏反射的超声波进行造影，帮助医生分析体内的病变(图2).

有趣的是，很多动物都有完善的发射和接收超声波的器官.以昆虫为食的编幅，视觉很差，飞行中不断发出超声波的脉冲，依靠昆虫身体的反射波来发现食物.海豚也有完善的声纳系统，使它能在混浊的水中准确地确定远处小鱼的位置.现代的无线电定位器雷达，质量有几十、几百、几千千克，蝙蝠的超声定位系统只有几分之一克，而在一些重要性能上，如确定目标方位的精确度、抗干扰的能力等都远优于现代的无线电定位器.深入研究动物身上各种器官的功能和构造，将获得的知识用来改进现有的设备和创制新的设备，这是近几十年来发展起来的一门新学科，叫做仿生学.

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