医用物理学第四章-声波-ppt课件.ppt
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- 医用 物理学 第四 声波 ppt 课件
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1、第四章 声波 (Sound wave)次声波次声波(Infrasonic wave):频率低于频率低于z的声波。的声波。超声波超声波(Ultrasonic wave):频率高于频率高于0z的声波的声波。声波:声波:频率频率( )在在0z0z之间之间 的机械波的机械波(纵波),能引起人的听觉。纵波),能引起人的听觉。2.次声波次声波 特点:频率低、能量损失少。特点:频率低、能量损失少。与地球、海洋及大气的大规模运动有关。如火山爆发、地震、与地球、海洋及大气的大规模运动有关。如火山爆发、地震、大气湍流等都有次声波产生大气湍流等都有次声波产生第四章 声波一、声压与声强声波在空气中以纵波的形式传播声波
2、在空气中以纵波的形式传播1.声压:声压:在某一时刻,介质中某一点的压强与在某一时刻,介质中某一点的压强与无声波通过时的压强之差无声波通过时的压强之差2)(cosuxtAuP声压幅值:声压幅值:PxAuPm单位:单位:Nm-22.声阻抗介质质点振动速度幅值:介质质点振动速度幅值: AvmmmvPZ uAAuuZ单位:单位:kgm-2 s-1是表征介质声学特性的一个物理量。是表征介质声学特性的一个物理量。声阻抗声阻抗: 声压幅值声压幅值Pm与速度幅值与速度幅值Vm之比。之比。第四章 声波几种介质的声速和声阻抗介质声速 u(m/s)密度(kg/m3)声阻抗u(kg/m2s)空气(0 )3.32102
3、1.294.28102空气(20)3.441021.214.16102水(20 )14.8102988.21.48106脂肪14.01029701.36106肌肉15.710210401.63106密质骨36.010217006.12106钢50.5102780039.4106声波可在气、液、固中传播声波可在气、液、固中传播。第四章 声波3.声强声强:声强:单位时间内通过垂直于声波传播单位时间内通过垂直于声波传播方向的单位面积的声波能量方向的单位面积的声波能量2221AuIZPZvmm22122单位:单位:Js-1 m-2 = W m-2(声波的强度)(声波的强度)I 与与Pm2成正比,成正比
4、, I与与Z反比反比第四章 声波强度反射系数:Z1Z2IiIrIt设入射波强度:设入射波强度:Ii反射波强度:反射波强度:Ir212212)()(ZZZZIIirir21221)(4ZZZZIIitit1itir透射波强度:透射波强度:It强度透射系数:强度透射系数:反射与折射反射与折射第四章 声波例题如果超声波经由空气传入人体,问进入人体的声如果超声波经由空气传入人体,问进入人体的声波强度是入射前强度的百分之几?如果经由蓖麻油波强度是入射前强度的百分之几?如果经由蓖麻油(Z=1.36106kg/m2s)传入,则进入声波的强度又是)传入,则进入声波的强度又是入射前强度的百分之几?入射前强度的百
5、分之几?解:解: Z1= 0.0004106kg/m2, Z2= 1.63106kg/m2999. 0)1063. 1100004. 0()1063. 1100004. 0(266266irirII%1 . 0001. 0999. 011irititII第四章 声波例题如果超声波经由空气传入人体,问进入人体的声如果超声波经由空气传入人体,问进入人体的声波强度是入射前强度的百分之几?如果经由蓖麻油波强度是入射前强度的百分之几?如果经由蓖麻油(Z=1.36106kg/m2s)传入,则进入声波的强度又是)传入,则进入声波的强度又是入射前强度的百分之几?入射前强度的百分之几?解:解: Z1= 1.36
6、106kg/m2, Z2= 1.63106kg/m2008. 0)1063. 11036. 1 ()1063. 11036. 1 (266266irirII%2 .99992. 0008. 011irititII第四章 声波讨论:讨论:(1)当Z1 Z2时,Ir 0; It Ii 超声临床诊断:石腊油。IiItZ1Z2IiZ1Z2(2) 当Z1 Z2时, Ir Ii; It 0。Ir212212)()(ZZZZIIirir21221)(4ZZZZIIitit一、听觉区域引起人耳听觉的声波引起人耳听觉的声波与频率有关(声调)与频率有关(声调)(20-20 kHz)与声强有关(响度)与声强有关(响
7、度)(10-12-1 W/m2)听阈:听阈:能引起听觉的最小声强剌激量(最低可闻声强)能引起听觉的最小声强剌激量(最低可闻声强) 如:如:1000Hz的听阈为的听阈为10-12 W/m2痛阈:痛阈:人耳可容忍的最大声强剌激量。人耳可容忍的最大声强剌激量。 如:如:1000Hz的听阈为的听阈为1 W/m2第二节、声强级与响度级听阈曲线和痛阈曲线痛阈痛阈曲线曲线听阈听阈曲线曲线听觉区域听觉区域1000HZ的听觉域:的听觉域:I =10-12 100 W/m2 声声强强声声强强级级(W/m2)(dB)频率频率(HZ)频率在频率在20-20,000Hz 以外的声波,无论声以外的声波,无论声强多少强多少
8、,人耳都听不见人耳都听不见频率在频率在20-20000Hz以内以内的声波,只有声强适度的声波,只有声强适度,才能引起人耳听觉才能引起人耳听觉二、声强级标准参考声强:标准参考声强:I0=10-12W/m2声强级:声强级:0lgIIL 0lg10IIL 单位:贝尔(单位:贝尔(B)单位:分贝(单位:分贝(dB)1B=10dB1000HZ的听觉域:的听觉域:L = 0 12 BL = 0 120 dB 声强每增加声强每增加10倍,人耳听觉才改变倍,人耳听觉才改变1倍左右;倍左右; (采用对数来表示声强的等级采用对数来表示声强的等级) 声源种类声强( W/m2) 声强(dB)几乎不能察觉的声音 10-
9、12 0 树叶的沙沙声 10-11 10 耳语 10-10 20 医院 10-8 30 闹市 10-6 10-5 6070 地铁或汽车 10-3 90 喷气飞机 103 140 火箭发射场 106 170几种声音的声强和声强级几种声音的声强和声强级例题1、某马达开动时产生的噪声声强为、某马达开动时产生的噪声声强为10-7 W/m2,求求开动一台马达,其噪声声强级为多少开动一台马达,其噪声声强级为多少dB?同时同时开动两台马达,其噪声声强级为多少开动两台马达,其噪声声强级为多少dB?解:解: I1= I = 10-7 W/m2 ,I0= 10-12 W/m2 I2=2 I 501010lg10l
10、g1012701IIL503lg102lg102lg10002IIIIL(dB)(dB)注意: p67声强具有可加性,而声强级不能直接相加三、响度级:人耳主观感觉到的声音的响亮程度人耳主观感觉到的声音的响亮程度。等响曲线:等响曲线:响度级:响度级:旧单位:旧单位:新单位:方新单位:方1000HZ纯音响度级与声强级纯音响度级与声强级(dB)数值相同数值相同同一等响曲线具有相同的响度级同一等响曲线具有相同的响度级在听觉域中把不同频在听觉域中把不同频率、不同声强率、不同声强, ,响度相响度相同的点连成一条曲线同的点连成一条曲线. .响度相同的声音具有相同的响度级。响度相同的声音具有相同的响度级。听阈
11、曲线听阈曲线痛阈曲线痛阈曲线0方方60方方120方方例题例题 面积为面积为1平方米的窗户开向街道,街中有频率平方米的窗户开向街道,街中有频率为为1000Hz的声源在窗口的声源在窗口 的声强级为的声强级为80 dB,则每秒,则每秒钟传入窗口声波的能量为(钟传入窗口声波的能量为( )J,若街中有频率,若街中有频率为为1000Hz的声源在窗口的声源在窗口 的声强级各为的声强级各为80 dB,则这,则这两个声源同时传到窗口的响度两个声源同时传到窗口的响度 级级 为为 ( )方。)方。80lg100IILI0=10-12w/m2I=10-4w/m2E=I. t .sdBIIL832lg100* 多普勒效
12、应:因波源或观测者相对介质运多普勒效应:因波源或观测者相对介质运动,而使观测频率与波源频率不同的现象。动,而使观测频率与波源频率不同的现象。(Doppler effect)多普勒效应是由生在德国的奥地利物理学家多普勒( johann doppler 1802-1853 )发现的 关于关于u波速:波速:与介质和波的类型有关而与波源无关与介质和波的类型有关而与波源无关波一旦从振源发出就忘记了自己的来源,波一旦从振源发出就忘记了自己的来源, 而以介质给定的特定速度在介质中传播。而以介质给定的特定速度在介质中传播。或换言之:或换言之:波的频率:波的频率:介质中某点单位时间内振动的次数。介质中某点单位时
13、间内振动的次数。 波的频率是波源振动的频率,波的频率是波源振动的频率,与介质无关与介质无关波长:波长:一个完整波在介质中沿波线展开的长度。一个完整波在介质中沿波线展开的长度。u是介质中某点三量的关系。是介质中某点三量的关系。关系式关系式波源的频率波源的频率是是波源波源在单位时间内振动的次数,在单位时间内振动的次数,或在单位时间内发出的或在单位时间内发出的“完整波完整波”的个数;的个数;观察者观察者接收到的频率接收到的频率是是观察者观察者在单位时间内接收在单位时间内接收到的振动次数或完整波数;到的振动次数或完整波数;波的频率波的频率是是介质质元介质质元在单位时间内振动的次数,在单位时间内振动的次
14、数,或通过介质中某点的或通过介质中某点的“完整波完整波”的个数。的个数。一、多普勒效应一、多普勒效应的定量研究的定量研究观察者观察者OS波源波源uSV0V波相对介质的速度为波相对介质的速度为u(波速)波速)SV 波源的速度为:波源的速度为:周期、频率分别为周期、频率分别为ssT.0V观察者速度:观察者速度:观察者接受到的频率为:观察者接受到的频率为: 参考系参考系 : 介质介质1 1 波源与观察者均相对媒质静止波源与观察者均相对媒质静止t时刻的波阵面时刻的波阵面t+1秒时刻的波阵面秒时刻的波阵面SSuTuuu观察者观察者接收的频率就是接接收的频率就是接收者单位时间内接收者单位时间内接收到的波的
15、个数收到的波的个数接收的频率就是波接收的频率就是波源振动的频率源振动的频率启示:启示:2 波源不动,观察者相对介质以速度波源不动,观察者相对介质以速度 运动运动oVoVu ) 1 ()1 (SouV接收频率接收频率提高!提高!A A)观察者朝向波源运动)观察者朝向波源运动OVu ut+t+1 1秒时刻秒时刻的波阵面的波阵面t t时刻的波阵面时刻的波阵面SouTVu B B)观察者远离波源运动)观察者远离波源运动oVu )2()1 (SouVSouTVu 接收频率接收频率降低了!降低了!t+t+1 1秒时刻秒时刻的波阵面的波阵面t t时刻的波阵面时刻的波阵面OVu u3 观察者不动,波源相对介质
16、以速度观察者不动,波源相对介质以速度 运动运动sV波源运动时,波源运动时,。这。这是由于当波源运动时,它所发出的相邻的两个同相振是由于当波源运动时,它所发出的相邻的两个同相振动状态是在不同地点发出的,这两个地点相隔的距离动状态是在不同地点发出的,这两个地点相隔的距离为为V VS ST TS S,T TS S为波源的周期。为波源的周期。TVSy yy yA A)波源朝向观察者以速度)波源朝向观察者以速度 运动运动SVu uSvt t时刻的波阵面时刻的波阵面t+t+1 1秒时刻秒时刻的波阵面的波阵面SSTVuSSSTVuTu)3(SSVuu接收频率接收频率增高了!增高了!TVSy yy yt t时
17、刻的波阵面时刻的波阵面u uSVt+t+1 1秒时刻秒时刻的波阵面的波阵面B B)波源远离观察者以速度)波源远离观察者以速度 运动运动SVSSTVuSSSTVuTuSSVuu接收频率接收频率降低了!降低了!.(4).(4)TVSy yy y4 波源与观察者同时相对介质运动波源与观察者同时相对介质运动),(osVVu uSVSVt t时刻的波阵面时刻的波阵面t+t+1 1秒时刻秒时刻的波阵面的波阵面SSTVSSoTVVuSSSoTVuTVuSSoVuVu)( 接收频率接收频率增高了!增高了!.(5).(5)A A)波源与接收者相互靠近)波源与接收者相互靠近B B)波源与接收者相互远离)波源与接收
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