超声波的原理及应用实验论文

超声波的原理及应用实验论文,背景,实验原理,注意事项,应用拓展一应俱全。

题目：超声波的原理及应用

摘要：叙述了超声波的发展史，结合自己在物理中学习的超声波知识及查阅的相关资料对实验过程中涉及的知识点进一步强化，并且总结和反思了自己实验过程中的经验和不足，对实验的进一步完善提出了自己的想法。

关键词：实验理论和方法 实验现象及结果 实验中的不足及改进意见 超声波原理及应用拓展 背景：由于人类耳朵能听到的声波频率为20Hz～20000Hz。我们把频率高于20000赫兹的声波称为“超声波”。由于超声波频率高，能量大，广泛应用于医学方面，例如利用超声波巨大的能量可以使人体内的结石做剧烈的受迫振动而破碎，从而减缓病痛，达到治愈的目的。 自19世纪末到20世纪初，在物理学上发现了压电效应与反压电效应之后，人们解决了利用电子学技术产生超声波的办法，从此迅速揭开了发展与推广超声技术的历史篇章。1922年，德国出现了首例超声波治疗的发明专利。1939年发表了有关超声波治疗取得临床效果的文献报道。40年代末期超声治疗在欧美兴起，直到1949年召开的第一次国际医学超声波学术会议上，才有了超声治疗方面的论文交流，为超声治疗学的发展奠定了基础。1956年第二届国际超声医学学术会议上已有许多论文发表，超声治疗进入了实用成熟阶段。 论述：

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实验原理：

压电效应：某些固体物质，在压力（或拉力）的作用下产生形变，从而使物质本身极化，在物体相对的表面出现正、负束缚电荷，这一效应称为压电效应。

其物理机理如图1-1所示。通常具有压电效应的物质同时也具有逆压电效应，即当对施加电压后会发生变形。超声波探头利用逆压电效应产生超声波，而利用压电效应接收超声波。

石英晶体结构 拉力作用下的极化 晶体的宏观极化

图1-1 石英晶体的压电效应

超声波波型及换能器种类通常有如下三种：

纵波波型：当介质中质点振动方向与超声波的传播方向一致时，此超声波为纵波波型。任何固体介质当其体积发生交替变化时均能产生纵波。

横波波型：当介质中质点的振动方向与超声波垂直时，此种超声波为横波波型。由于固体介质除了能承受体积变形外，还能够承受切变变形。当其中剪切力交替作用于固体介质时均能产生横波。横波只能在固体介质中传播。

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表面波波型：是沿着固体表面传播的具有纵波和横波的双重性质的波。表面波可以看成是由平行于表面的纵波和垂直于横波的横波合成，振动质点的轨迹为一椭圆，在距表面1/4波长深处振幅最强，随着深度的增加很快率减，实际上离表面一个波长以上的地方，质点振动的振幅已经很微弱了。

常用的超声波探头有直探头和斜探头两种。探头通过保护膜或斜楔向外发射超声波；吸收背衬的作用是吸收晶片向背面发射的声波，以减少杂波；匹配电感的作用是调整脉冲波的波形。一般，直探头产生纵波，斜探头产生横波或表面波。另一种可变角探头，如图1-4所示。其中探头芯可以旋转，通过改变探头的入射角 ，得到不同折射角的斜探头。当 =0时成为直探头。

注意事项：

1， 开始实验前应先调整好超声波实验仪与示波器，才能使产生的超声波频率适合，产生的图形清晰易于观察。

2， 应注意读取时间间隔时应左右移动相应探头，按要求使其振幅达到要求的最大或最大振幅的一半再进行读数。

3， 应多次测量取其平均值，减小误差。

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4， 数据处理代入公式时应注意单位之间的转换。

拓展：超声波在军事中的应用

超声波在军事中的应用主要运用超声波方向性好的特性。由于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，当超声波遇到鱼群时会反射回来，渔船探测到反射波就知道鱼群的位置了，这种仪器叫声纳[13]。它也可以用来探测水中的暗礁和敌人的潜艇以及测量海水的深度。在现代高科技中，虽然雷达的应用很广，但在水中依然采用声纳技术，这主要是因为海水有良好的导电性，对电磁波的吸收能力很强，雷达无法探测水下作战目标的方位和距离，超声波在空气中衰减较快，而在固体、液体中的衰减却很小，这正好与电磁波相反，在这种情况下，声纳技术可以发挥巨大的威力。由于海水吸热能力太强，使红外线技术无用武之地；又由于水的透光能力差，吸收光能力很强，故光学设备如望远镜也使用不上。因此，声纳技术在特殊领域中占有不可取代的地位。

时间：2011年十一月一日

参考文献：

[1] 应崇福, 查济璇. 超声和它的众多应用[M]. 长沙:湖南教育出版社,1994

[2] 范百刚. 超声原理与应用[M]. 南京: 江苏科学技术出版社, 1984

[3] 陈智文, 张旦松. B型超声诊断仪原理、调试与维修[M]. 湖北: 湖北科

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学技术出版社, 1992

[4] 超声波探伤编写组编著. 超声波探伤[M]. 北京: 电力工业出版社, 1980

[5] 王纯正. 超声学[M]. 北京: 人民卫生出版社, 1993

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/jun4.html