大学物理学:下册

　　人耳*高只能感觉到大约20000 Hz的声波，频率更高的声波就是超声波了。理论研究表明，在振幅一定时，声强与频率的平方成正比，所以超声波的功率远大于一般的声波，具有能量大的特点。又因其波长很短，因此超声波在介质中传播时，*明显的传播特性之一就是衍射现象不明显，近似沿直线传播，即方向性很好，可以定向传播，因此超声波的应用就是根据能量大和方向性好这两个特点展开的。在我国北方干燥的冬季，如果把超声波通入水罐中，剧烈的振动会使罐中的水破碎成许多小雾滴，再用小风扇把雾滴吹入室内，就可以增加室内空气的湿度。这就是超声波加湿器的原理，在医学上，对于咽喉炎、气管炎等疾病，药力很难达到患病的部位。利用加湿器的原理，把药液雾化，让患者吸入，能够增进疗效。利用超声波的巨大能量和良好的方向性还可以切割、焊接金属、钻孔和清洗机件等，甚至可以把人体内的结石击碎。超声波在传播时，遇到杂质或介质分界面就有显著的反射。利用该特点可以制成具有探测和定位功能的声学仪器，这种仪器叫做声呐（sonar）。声呐在军事上有很重要的应用，主要用于搜索敌方潜艇，探测水雷、鱼雷，还可以用来探测水中的暗礁、测量海水的深度等。根据同样的道理，超声波还常被用于非破坏性地检测材料性质及内部缺陷，该技术称为超声波探伤。如探测金属、陶瓷、混凝土制品，甚至水库大坝，检查内部是否有气泡、空洞和裂纹等。超声波还可以用于研究物质结构。超声波在介质中传播时，其波速、衰减和吸收等，都与介质的宏观量有关。因此研究超声波在介质中的声速和衰减，可以掌握分子结构状态的变化以及微观谐振过程（如铁磁、顺磁、核磁共振）。当频率接近晶格热运动频率时，可以利用这种量子化声能（即声子）研究原子间的相互作用、金属和半导体声子与电子、声子与超导结、声子与光子的相互作用。因此超声波现已与电磁波及粒子轰击并列为研究物质微观过程的三大重要手段。超声波除了在生活、生产和物质结构的探索及军事上有广泛的应用外，还被广泛应用于医疗、生物、化学等许多领域。例如，近年来，被广泛应用于医疗诊断的“B超”，就是根据人体各个内脏的表面对超声波的反射能力的不同，以及健康内脏和病变内脏对超声波的反射能力的不同，而得到的超声波造影，来帮助医生分析患者体内病变的。