《高职高专物理》第九章 机械波（Mechanical wave）的特征和有关规律（9.6）声波

第三次课:2学时 1题目:§9.6声波 §97多普勒效应 2目的 1理解声强级和声压级的概念。理解声强的衰弱规律。 2了解多普勒效应及其应用。 引入课题 二、讲授新课 §96声浪 声波:在弹性介质中传播的机械纵波,其频率在20~20000Hz范围之内, 能够引起人的听觉,则称为声波 次声波:波频率低于20Hz,称为次声波 超声波:频率高于20000Hz,称为超声波 一、声强和声强级 1声功率 把单位时间内声源向外辐射的声能称为声功率,用符号P表示。 2声强 把单位时间内通过垂直于声波的传播方向单位面积上的平均声能称为声强 声强就是声波的能流密度,用I表示。 P 1 在SI中,声强的单位是瓦特]每平方米,符号为Wm2。 例如:球面波 P 对于球面波,声强与点声源的声功率成正比,与到声源距离的平方成反比。 3声强级 引起人的听觉的声波不仅有一定的频率范围,还有一定的强度范围。声强范

1 第三次课： 2 学时 1 题目： §9.6 声波 §9.7 多普勒效应 2 目的： 1 理解声强级和声压级的概念。理解声强的衰弱规律。 2 了解多普勒效应及其应用。 一、引入课题： 二、讲授新课： §9.6 声波 声波：在弹性介质中传播的机械纵波，其频率在 20～20000Hz 范围之内， 能够引起人的听觉，则称为声波。 次声波：波频率低于 20Hz，称为次声波 超声波：频率高于 20000Hz，称为超声波 一、声强和声强级 1.声功率 把单位时间内声源向外辐射的声能称为声功率，用符号 P 表示。 2.声强 把单位时间内通过垂直于声波的传播方向单位面积上的平均声能称为声强。 声强就是声波的能流密度，用 I 表示。 在 SI 中，声强的单位是瓦[特]每平方米，符号为 Wm-2。 例如：球面波 对于球面波，声强与点声源的声功率成正比，与到声源距离的平方成反比。 3.声强级 引起人的听觉的声波不仅有一定的频率范围，还有一定的强度范围。声强范 1 2 2 2 P I uA S = =   2 4 P I  r =

围大约为10-12-1Wm2如:引起听觉的声强是10-12W-m2;通常谈话的声强是 10ˉ6w-m-2;炮声也是人的痛觉阈是1W-m2。由于可闻声强的数量级相差悬殊, 通常用声强级赖描述声波的强弱。 规定:声强l=10 12Wm2作为测量声强的标准,某一声强的 声强级用L表示 声强Ⅰ与基准声强b之比的常用对数称为声强Ⅰ的声强级。声强级的单位为 贝(尔),符号为B 通常用分贝为单位, L=10·(1g) 用符号L表示为: 讨论 当几个不同的声波同时传到某一点,该点的总声强一般等于各声波的声强之和。 例8-4某处有两个声强级为60dB的声音。求该处总声强和总声强级。 解:设每个声音的声强为h,声强级为L1, Ln=10(g) 所以 1=l0×100=10-12×10°w 总声强 总声强级 2×10 L=10g=10lg db= 63dB 二、声压和声压级 声压 介质中有声波传播时的压力与无声波传播时的静压力之间有一差额,这一差 额称为声压。也就是说,声压是声波造成的附加压强 在SI中,声压的单位是帕斯卡],符号为Pa 当空气中的声强为基准声强(=10w.m2)时,可求得相应的声压 P0=2×10

2 围大约为 10－12—1 Wm-2 如：引起听觉的声强是 10－12 Wm-2；通常谈话的声强是 10－6 Wm-2；炮声也是人的痛觉阈是 1 Wm-2。由于可闻声强的数量级相差悬殊， 通常用声强级赖描述声波的强弱。 规定：声强 I0＝10－ 12 Wm-2 作为测量声强的标准，某一声强的 声强级用 L 表示 声强 I 与基准声强 I0 之比的常用对数称为声强 I 的声强级。声强级的单位为 贝（尔），符号为 B。 通常用分贝为单位， 用符号 LI 表示为： 讨论： 当几个不同的声波同时传到某一点，该点的总声强一般等于各声波的声强之和。 例 8-4 某处有两个声强级为 60dB 的声音。求该处总声强和总声强级。 解：设每个声音的声强为 I1,声强级为 L1, 所以： 总声强 总声强级 二、声压和声压级 1.声压 介质中有声波传播时的压力与无声波传播时的静压力之间有一差额，这一差 额称为声压。也就是说，声压是声波造成的附加压强。 在 SI 中，声压的单位是帕[斯卡]，符号为 Pa。 当空气中的声强为基准声强 时，可求得相应的声压 （ ） 0 10 1g I I LI =  （ ） 0 1 1 10 lg I I LI = 1 ( ) 10 12 6 2 6 2 1 0 10 10 10 W m 10 W m LI I I − − − − =  =   =  6 2 1 I I 2 2 10 W m − − = =   6 1 12 0 2 10 10lg 10lg dB 63dB 10 I L I − −  = = = 2 p I u = 12 2 ( 10 W m ) I − − =  5 0 p 2 10 Pa − =  0 1g I L I =

为 通常规定为基准声压。 2声压级 把声压p与基准声压p0之比的常用对数乘以20,称为声压级,用符号LP 表示 L,=201g 在SI中,声压级的单位是分贝,符号为dB 声波的衰减规律 声波在介质中传播时,随着距离增大,声强将逐渐减弱。这种现象称为声波 的衰减 I=l 一mx 由于介质对声波的吸收,声强随声波在介质中通过的距离按指数规律衰减 例9-5某频率的平面声波,其声强级为70dB,空气的吸声系数为002m-1 求该声波在空气中传播100m后的声强级。 上式两边除以基准声强,取常用对数并乘10,有 101g-=101g--mxlgex10 所以 Ln2==Ln-10-mxlge L2=(70-10×0.434×0.02×100dB=6132dB 四、声波的反射、透射和吸收 设单位时间内入射到阻隔层的总声能为E,反射声能为E,阻隔层吸收的声能 为E透过阻隔层的声能为E E Eo=E+ Es+E Eo 1反射系数

3 为 ，通常规定为基准声压。 2.声压级 把声压 p 与基准声压 p0 之比的常用对数乘以 20，称为声压级，用符号 LP 表示 在 SI 中，声压级的单位是分贝，符号为 dB 三、声波的衰减规律 声波在介质中传播时，随着距离增大，声强将逐渐减弱。这种现象称为声波 的衰减。 由于介质对声波的吸收，声强随声波在介质中通过的距离按指数规律衰减。 例 9-5 某频率的平面声波，其声强级为 70dB，空气的吸声系数为 0.02m-1， 求该声波在空气中传播 100m 后的声强级。 解： 上式两边除以基准声强，取常用对数并乘 10，有 所以 四、声波的反射、透射和吸收 设单位时间内入射到阻隔层的总声能为 ，反射声能为 ，阻隔层吸收的声能 为 ，透过阻隔层的声能为 1.反射系数 E E0 E E 0 20lg p p L p = 0 mx I I e− = 2 1 mx I I e− = 2 1 0 0 10lg 101 lg 10 I I g mx e I I = −  L L mx e I I 2 == 1 −10 lg LI 2 = (70−100.4340.02100)dB= 61.32dB E E E E 0 = + +    E0 E E E

把单位时间内反射声能E,与入射声能E2之比值称为反射系数,用y 考 E 2吸声系数 Eo 在工程上,常把1与反射系数之差称为材料的吸声系数。用a表示 EE a=1-y=1--2= 3.透射系数 E 单位时间内,透过阻隔层的声能ET与入射声E的比值称为透射系数,用r 考 E 五、超声波 超声波与可闻声波相比,由于频率高、波长短,因而具有如下特性 1方向性好 由于超声波频率髙,波长短,衍射现象不显著,所以超声波的传播方向性好,容 易得到定向而集中的超声波束 2功率大 近代超声技术已能产生几百到几千瓦的功率。 3.穿透力强 在不透明的固体中,超声波能穿透几十米的厚度。 4.引起空化作用 六、次声波及其应用 次声波又称亚声波。是频率低于可听频率范围的声波。它的频率范围大致为 10-4~20Hz 现在已知的次声源有:火山爆发、坠入大气的流星、极光、电离层扰动、地震、 海啸、台风、龙卷风、雷电等。 应用 1、预测自然灾害事件。 2、利用接收到的被测声源所辐射出的次声波探测声源的位置、大小和其它特性 3、通过研究自然现象产生次声波的特性和产生机制,更深入地认识这些现象和 规律

4 把单位时间内反射声能 与入射声能 之比值称为反射系数，用 γ 表示 2.吸声系数 在工程上，常把 1 与反射系数之差称为材料的吸声系数。用 α表示 3.透射系数 单位时间内，透过阻隔层的声能 Eτ与入射声 E0 的比值称为透射系数，用 表示 五、超声波 超声波与可闻声波相比，由于频率高、波长短，因而具有如下特性。 1.方向性好 由于超声波频率高，波长短，衍射现象不显著，所以超声波的传播方向性好，容 易得到定向而集中的超声波束。 2.功率大 近代超声技术已能产生几百到几千瓦的功率。 3.穿透力强 在不透明的固体中，超声波能穿透几十米的厚度。 4.引起空化作用 六、次声波及其应用 次声波又称亚声波。是频率低于可听频率范围的声波。它的频率范围大致为 10-4～20Hz 。 现在已知的次声源有：火山爆发、坠入大气的流星、极光、电离层扰动、地震、 海啸、台风、龙卷风、雷电等。 应用： 1、预测自然灾害事件。 2、利用接收到的被测声源所辐射出的次声波探测声源的位置、大小和其它特性。 3、通过研究自然现象产生次声波的特性和产生机制，更深入地认识这些现象和 规律。 E E0  0 E E   = 0 0 1 1 E E E E E      + = − = − = τ 0 E E  =

4、可以通过测定这些次声波的特性了解人体或其它生物相应器官的活动情况

5 4、可以通过测定这些次声波的特性了解人体或其它生物相应器官的活动情况