《普通物理学》课程教学资源（PPT课件）第十一章 机械波和电磁波 11-5 声波、超声波、次声波

*§11-5声波超声波次声波 声波：声振动引起的纵波。 按频率范围划分： 声波20<f20000Hz 次声波fK20Hz 超声波f20000Hz 一、声压 介质中有声波传播时的压强与无声波时的静压 强之差称为声压。设介质中没有声波时的压强为p0， 有声波时各处的实际压强为p'。△p=p-p是声压， 用p来有示。 让意不意道可退欢

上页 下页 返回 退出 按频率范围划分： 次声波 f20000Hz *§11-5 声波 超声波 次声波 声波：声振动引起的纵波。 介质中有声波传播时的压强与无声波时的静压 强之差称为声压。设介质中没有声波时的压强为p0， 有声波时各处的实际压强为p 。p =p-p0是声压, 用 p 来有示。 一、声压

密度为p的流体中传播平面波的方程： (.) 在流体中x处取一截面积为S、长度为△x的柱形 体积元，其体积=S△x。当声波传播时，这段流体柱 两端的位移分别为和y叶△y。体积增量为△=S△y。 →X x x+△x y+△y →X 让美觉返司退

上页 下页 返回 退出 O x x x + x O x y y + y 在流体中 x 处取一截面积为S、长度为x的柱形 体积元，其体积V=Sx。当声波传播时，这段流体柱 两端的位移分别为y和y+y。体积增量为V=Sy。 密度为 的流体中传播平面波的方程： 0 ( , ) cos x y x t A t u       = − +        

流体体积模量K=- Ap =-y9 △V 流体中有声波传播时，式中压强增量△p就是声压p。 →8=M= △X SAy 或p=-BAy ay p=-K &x 对于平面波，有 -片n- &x 上贰不觉返退此

上页 下页 返回 退出 流体体积模量 p p K V V V V   = − = −   流体中有声波传播时，式中压强增量p就是声压p。 y x p S y p B S x   = −  = −  或 x y p B   = − y p K x  = −  对于平面波，有 0 sin y x A t x u u         = − +          0 sin x p BA t u u        = − − +        

考虑 u= p=-pu@Asin@ e-no Pm=PuOA,为声压振幅。 将声压表达式改写为 p=以wo-升克-2 因此，声压波比位移波在相位上超前 让美觉返司退

上页 下页 返回 退出 考虑 K u  = 0 x p t u       = − − +         m 0 sin x p u A t u         = − − +         pm = uA ,为声压振幅。 将声压表达式改写为 m 0 cos 2 x p p t u       = − + +         π 因此，声压波比位移波在相位上超前 。 2 π

二、声强声强级 声强是声波的平均能流密度，即单位时间内通过垂 直于声波传播方向的单位面积的声能量。 声压和声强随频率增加而增大。 对于每个可闻频率，声强有上下两个限值。 听觉阈：恰好能引起听觉的最低声强。 痛觉阈：恰好能引起痛觉的最低声强。 声强的上下限值随频率而异

上页 下页 返回 退出 声强是声波的平均能流密度，即单位时间内通过垂 直于声波传播方向的单位面积的声能量。 2 2 2 m 1 1 2 2 p I uA u    = = 声压和声强随频率增加而增大。 对于每个可闻频率，声强有上下两个限值。 痛觉阈：恰好能引起痛觉的最低声强。 听觉阈：恰好能引起听觉的最低声强。 声强的上下限值随频率而异。 二、声强 声强级

在1000Hz时，正常人听觉的最高声强为1Wm2,最低 声强为1012W/m2。 将I=10-12W/m2作为测定声强的标准。 声强级I=lg(I/I)单位为bel(贝尔)。 若采用分贝(dB),声强级公式为 =101g 几种典型声音的声强级： 细语一一10dB 炮声的声强级一一110dB 聚焦超声波的声强级 -210dB 让美觉返司退

上页 下页 返回 退出 在1000Hz时，正常人听觉的最高声强为1W/m2 ,最低 声强为10-12W/m2 。 将I 0= 10-12W/m2作为测定声强的标准。 声强级 I I I L 0 = lg( ) 单位为bel（贝尔）。 若采用分贝（dB），声强级公式为 0 10lg I I I L = 几种典型声音的声强级： 聚焦超声波的声强级——210 dB 炮声的声强级——110 dB 细语——10 dB

把加速度振幅am=Ao2代入声强表达式，得 a I-ondoo 对于极大的高频声强情形，压力振幅可达千百 个大气压，获得的加速度振幅可达重力加速度的数 百万倍。 高频超声波的作用异常巨大。 对于频率极低的次声波，其波长很长，只有遇 到非常大的障碍物或介质分界面时，才会发生明显 的反射和折射。 上美不意道可退欢

上页 下页 返回 退出 把加速度振幅am=A2 代入声强表达式，得 2 2 2 m 2 1 1 2 2 a I uA u     = = 对于极大的高频声强情形，压力振幅可达千百 个大气压，获得的加速度振幅可达重力加速度的数 百万倍。 高频超声波的作用异常巨大。 对于频率极低的次声波，其波长很长，只有遇 到非常大的障碍物或介质分界面时，才会发生明显 的反射和折射

三、超声波 频率在20000Hz以上的机械波. 产生方法：电声型、机械型 特性：定向性好、强度大、空化作用 应用： 让美觉返司退

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四、次声波 频率范围在104~20Hz的机械波 产生： 让贰子元道觉退此

上页 下页 返回 退出 四、次声波 频率范围在10-4～20Hz的机械波 产生：

例题11-7频率为500kHz,声强为1200W/m2,声速为 1500ms的超声波，在水（水的密度为1g/cm3)中传播 时，求其声压振幅为多少大气压？位移振幅、加速度 振幅各为多少？ 解：=1200Wm2,p=1×10kgm3,利用声强表达式 得声压振幅： Pm =2pul =6x10'Pa0.6atm 位移振幅： 21 A- =1.27×10-8m 让美觉返司退

上页 下页 返回 退出 例题11-7 频率为500kHz，声强为1200W/m2 ,声速为 1500m/s 的超声波，在水(水的密度为1g/cm3 )中传播 时,求其声压振幅为多少大气压? 位移振幅、加速度 振幅各为多少？ 解:I=1200W/m2 ，=1103kg/m3 ，利用声强表达式 得声压振幅: 位移振幅: 4 m p uI = =   2 6 10 Pa 0.6atm  8 2 2 1.27 10 m I A uw − = = 