【第2.03讲】声威阵阵

同学们好！欢迎来到物理老师讲物理。前两讲我们介绍了声的产生、传播及特性，你可能会觉得声是柔弱无力的，这一讲的题目叫做《声威阵阵》，我们就来看看声的威力到底能有多大。其实关键啊，还要看人怎么利用。

生活中有很多问题，靠“听”就能解决。比如：有经验的驾驶员通过仔细听车辆运行的声音，就可以判断车况的好坏；夏天买西瓜，我们拍一拍，听声音就能判断是熟的还是生的；还有，医生利用听诊器，通过声音诊断病情。这说明，声音中蕴含了丰富的信息。所谓信息，就是有意义的消息。人们捕捉到了声传递来的信息，就可以根据这些信息作出判断。我们平常聊天，就是用声音传播信息。不光人类，动物也会利用声音。大象，在地震来临之前，能提早逃到安全地带，是因为它们能听到地震前发出的次声波；蝙蝠在黑暗中看不见，却能通过发射和接收超声波判断障碍物。

声是声源振动产生的，振动需要能量，这个能量来自于声源，声源的振动带动周围的介质振动，从而把声源发出的能量由近及远地传递出去。由此可见，声波具有能量，它还能传递能量。你可能听说过医院的超声碎石，就是利用超声波传递能量，从而打碎体内的肾结石。

至此，我们看到，声的利用通常有两种方式：①利用声传递信息；②利用声传递能量。

需要注意的是，声在传播的过程中，信息和能量的传递总是同时进行的。例如：轰隆隆的雷声，首先声音传递了要下雨的预兆，这是传递信息；其次雷声能使耳膜振动，有时打雷能震得汽车都报警，说明同时也在传递能量。又比如：我们平常聊天，声音小了听不见，我们会说“你大点声说”，大点声也就是加大声音传递的能量。只不过有的时候，声波传递的信息对我们更有用；而有的时候，是传递的能量更有用。比如我们这个音频课程，主要就是用声音传递知识类的信息。而另一些应用，比如刚才提到的超声碎石，主要利用的是声波的能量。不能错误的理解为，声只传递信息，或只传递能量。

下面我们再介绍几个利用声传递信息的有趣例子。

在各种频段的声波当中，超声波的方向可以很集中，也很容易被反射。由于这些特点，超声波被广泛应用于回声定位、回声测距、测速等。

应用1：声呐。声呐利用声波进行水下探测、定位和通信，其原理与蝙蝠听声定位的原理非常类似。由于光和电磁波在水中都特别容易衰减，一般只能传播几十米远，不适合于水下的环境，于是声呐技术便在水下探测领域广为应用。目前各国的海军，都是靠声呐进行水下监视。尤其是潜艇，更是离不开声呐，声呐就相当于潜水艇的眼睛一样。

图1：用于内河与金海岸航道侧扫和海事搜救人物的便携式侧扫声呐系统

但是如果过度的使用声呐，也会给大自然带来一定的伤害。很多海洋动物，诸如海豚、鲸都能够听见超声波，并利用超声波进行交流。调查显示，人类声呐发出的超声波会严重影响海洋生物的生活。周星驰导演的电影《美人鱼》，讲的就是这样一个保护鱼类免遭人类声呐迫害的故事。

图2：周星驰导演的电影《美人鱼》

应用2：声纹识别。每个人都有自己独特的音色，你即使闭上眼睛也能分辨出熟人的声音。用电声学仪器可以记录下声波频谱的特征，就是声纹。成年以后，人的声音可保持长期相对稳定不变。因此声纹就跟人的指纹一样，具有身份识别的作用。讲话可以故意模仿他人声音和语气，但即便是模仿得再像，其声纹还是不一样的。声纹辨识与口音无关，与语言也无关。今天，声纹识别技术已经进入了我们的生活，大家经常用的微信，有“声音锁”的功能，就可以用声纹识别代替密码来登录微信。大家可以试一下，在微信“设置”中选“账号与安全”，就可以看到“声音锁”的选项。

图3：微信的声音锁

生活中还有很多利用超声波传递信息的其它例子，如：倒车雷达、金属探伤、超声导盲仪等。大家可以自己查阅了解一下。

下面，我们再讲几个利用声波传递能量的有趣例子。
应用3：次声武器。武侠小说里面的“狮吼功”，威力巨大，能震倒一片，你觉得有可能是真的吗？当然人的嗓音是不可能有那么大能量的。但是如果声音足够大，真的会对人造成严重伤害。听说外国监狱，有一种酷刑，就是用很多大喇叭围着人播音，吵到你想吐。其实，更具杀伤力的是次声波，因为某些频率的次声波容易与人体内脏产生“共振”，从而加大了对内脏的损伤，尤其是心脏。轻的可以产生头晕、烦躁、耳鸣、恶心、心悸等现象，重的可以致死。人们据此造出了次声武器。

图4：电影《功夫》中包租婆施展狮吼功

真是不听不知道哇！有的同学听说次声波的威力那么大，可能开始担心起来了。其实，也没必要惊慌失措。次声波要达到伤人的程度，必须要很高的能量使其达到一定的强度才行。在我们身边，大自然中次声波无处不在，无时不有，也并没有对我们造成什么伤害，不是吗？

不仅次声波可以传播能量，超声波也一样可以。在眼镜店，你可能见过用超声波清洗镜片的机器吧。你还能想到别的什么例子吗？不妨搜一搜“超声粉碎机”吧。

【小结一下】

1.声的利用通常有两种方式：①利用声传递信息；②利用声传递能量。

2.声传递信息的应用特别普遍，如：B超、声呐、声纹、倒车雷达、金属探伤、超声导盲仪、医生的听诊器等等。还有很多动物，像蝙蝠、大象等，也会利用声波传递信息。

3.声传递能量的时候，会表现出意想不到的巨大威力，甚至可以达到制成武器的程度，而且杀伤力极大。典型的应用有：超声碎石，超声清洗机，次声武器等。

【思考题】

我们知道电线有传递电能的作用，今天我们讲到声波也可以传递能量，那有没有可能用声波来代替电线呢？说说你的理由。

物理老师讲物理，我们下一讲再见！

【备课手稿】