超声波及声呐应用

人能够听到声音的频率范围有限。低于20Hz的声波叫次声波，高于20000Hz的声波叫超声波。

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，使物体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。

声呐系统是超声波应用的一种，声呐发出声波碰到的目标如果是运动的，反射回来的声波(下称“回声”)的音调就会有所变化，它的变化规律是：如果回声的音调变高，说明目标正向声呐靠拢；如果回声的音调变低,说明目标远离声呐。

亮的房间里，仍像喝醉酒一样，一次一次地碰到障碍物，后来，物理 学家证实了蝙蝠能发出    ①波，靠这种波的回声来确定目标和距离。

材料二：如果把八只同样的玻璃杯盛不同深度的水用一根细棒依次敲打杯 子，可以发现声音的  ②    和盛水量有关.如果调节适当，可演奏简

单的乐谱，由此我们不难知道古代“编钟”的道理. 材料三：一艘国际商船在“火地岛”发现了多年前神谜失踪的“马可·波罗”

号帆船，船上的一切设备及物品却完好无损，但船员都早已遇难。科学家们经过研究揭开了船员的“死亡之谜”。他们死亡于风暴产生的 一种人耳听不到的声波。这种声波的频率和人体内脏的固有频率相似，

导致人体内脏发生共振，产生恶心、晕眩等症状，严重的会造成心脏 被震坏出血，危及生命。

雪花落水也有声

一般的常识告诉我们，雪花落水静悄悄，毫无声响。不过，雪花落水真的发生声波，在一期《自然》杂志上，几个科学家联名发表文章，宣布了他们的上述结论。

首先要说明的是，雪花落水发出的声波频率在50000Hz到2×10⁵Hz之间，高于人们能听见的声波频率。但是，海里的鲸鱼就能听到雪花落水所产生的声响，并且这些声响令鲸鱼异常烦躁。然而，请不要想当然，这些声音不是雪花与水面撞击发出的，而是……

冷战时期，当时美国海军要监视苏联潜水艇的活动，他们发现，在下雨的时候，水下声呐工作效果不好，常有噪声干扰，甚至干脆无法监听。

著名的约翰霍甫金斯大学机械工程系的普罗斯佩勒提教授通过实验作出断定，这些声音不是雨滴撞击水面发出，而是含在雨滴中的气泡振动发出的。他还发现，大气泡振动产生低频声波，小气泡振动产生高频声波。

渔民常抱怨，在下雪时他们的声呐也常常侦听不到鱼群。一开始，科学家们不信，因为雪花中含有90%以上的水，空气不多。在一个风雪的夜晚，科学家们在一个汽车旅馆的游泳池找到了证据，雪花落水时也产生气泡，同样，这些气泡也振动，从而发出声波。其实，无论是人们打水漂时所听到的细微声响，还是瀑布的隆隆震响，都不是（或主要不是）来自石块及岩石与水的碰撞而是由于气泡

汽车与物理

汽车抬头显示（如图1）又叫汽车平视显示系统（Head-UpDisplay），简称HUD，是为了提高安全性而研发。它利用平面镜成像原理（如图2），使显示器上的重要行车数据通过前挡风玻璃成像在正前方、驾驶员不必低头，就可以看到车辆行驶的车速、油耗等信息。凸面镜和凹面镜对光的作用在汽车上也有应用，它们也对汽车的安全行驶起着至关重要的作用。

车窗所采用的“智能玻璃”具有单向透光功能，使用时反射面必须是迎光面，就能从车内看到车外明亮的景物，从车外看不见较暗的车内景象这种玻璃还能根据车外光照度自动调节透明度（透明度是指车内光照度与车外光照度的比值），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乘积为定值，其图像如图7所示。

超声波指纹识别技术

传统指纹识别技术（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（SenseID）的出现，屏下指纹的全面屏手机（如图所示）变得越来越普及，与传统指纹识别技术不同，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，具有穿透力强的特点，能够穿透玻璃、铝、不锈钢、蓝宝石和塑料等物质。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。