在物理实验中引入超声波系列实验的探索

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1、在物理实验中引入超声波系列实验的探索郑志远，王亚芳，高华，蒋芸，董爱国，张自力，周惟公(中国地质大学(北京)物理教学示范中心，北京100083)摘要：探讨了在大学物理实验中开设超声波系列实验的内容以及意义，结合实验室开设超声波实验的实践，提岀了对实验内容进行整合的设想，这将为物理实验教学改革提供一种新的思想。关键词：物理实验；超声波；教学改革中图分类号：C642.0；04-33文献标识码：B文章编号：1002-4956(2008)11-0039-02Explorationofintroducingtheultrasonicwave

2、experimentsinphysicalexperimentZHENGZhi-yuan,WANGYa・fang,GAOHua,JIANGYun,DONGAi-guo,ZHANGZi-li,ZHOUWei・gong(DemonstrationCenterofPhysicsExperimentalTeaching,ChinaUniversityofGeosciencestBeijing100083,China)Abstract:Thecontentsandmeaningofinlroductingtheultrasonicwavee

3、xperimentsinphysicalexperimentarediscussed・Basedonthepractice,anewideaofconformityoftheexperimentalcontentisproposed.Itprovidesanewmethodtoreformthephysicalexperimentteaching.Keywords：physicalexperimenttultrasonicwave,teachingreform实验是本科生系统学习科学实验基础知识、方法和技术的入门课程，在培养学生

4、科学思维方式、创新意识、分析和解决问题的能力和创新能力等各个方面都具有不可代替的作用。为适应社会的发展，实验教学需要不断地改革创新。实验创新必须以本校的课程设置以及所学专业为基础，以未來技术发展的需要和拓宽学生知识面为前提，增设与社会结合紧密的实验内容。为此，中国地质大学(北京)在大学物理实验中引入了超声波系列实验。整个实验内容在设程上由浅入深、由理论到实践，独立形成一个实验体系。实验开设冃的是使学生不但掌握基本的实验方法和技术，而且对超声波领域的知识有深入的了解，进而为学习地质探测、材料探测等专业内容打下基础。1超声波的特点和应

5、用超声波是一种弹性波，频率在104~10,2Hz之间。超声波能在弹性介质中传播，并具有方向性收稿日期：2007-12-29作者简介：郑志远(1975-),男，山东省潍坊市人，博士生，讲师，从事学大物理实验的教学与研究.好、穿透力强、易于产生和接收、探头体积小等特点，因此超声波具有广泛的应用。超声波除了在超声手术、超声清洗、超声雾化、超声加工、超声焊接、超声金属成型等大功率方面的应用外，再一个应用就是进行检测，如海洋探测、材料的无损探测、医学诊断、地质探测等。一般悄况下，趙声在液体和固体中传播的距离比气体中的传播距离要远得多，这是超

6、声被广泛应用于探测的主要原因之一，例如在海洋探测中，超声波可以用来探测数千米的目标。利用超声波进行探测的另一个原因是超声探头发射的能蚩具有较强的指向性。指向性是指超声波探头发射声束扩散角的大小，扩散角越小,则指向性越好，对目标定位的准确性越高。在固体材料的尺寸测量、无损检测、超声诊断、潜艇导航等应用中，都是利用了超声波的这一特点。2超声波系列实验的开设传统的实验课是由多个独立实验组成的，包括力、热、光、电等实验。这些实验内容几乎覆盖了物理中的所有专业，但缺点是各个实验的内容相对简单。所谓的实验体系，就是对于一个实验题目或物理问题，

7、在内容上由浅入深、在环节上由理论到应用，形成一个相对完整的实验体系。超声波系列实验就是在示波器正确使用的基础上，包括超声波的产生和传播、超声波探测、超声波成像等部分,使学生充分了解和应用超声波。2.1超声波产生的原理和基本传播特性实验在这一实验中，主要是让学生对超声波的基本特性有所了解。超声波是利用材料的压电效应产生的，即晶体在外界电压的作用下发生形变.随后发生振动而产生超声波。实验讲义上对这一点有详细介绍，这一部分的学习主要是通过学生的自学来完成。在了解了超声波的产生后，就是超声波的传播。学生应该掌握超声波的传播速度与传播介质有

8、关。为了更加直观的说明这一点，我们将超声波在铝试块中和大气中的传播速度进行比较。用示波器测得的超声波在铝中的传播如图1所示，其中始波是超声波探头开始发出的波形，回波是超声波在介质中传播遇到密度变化后反射回来被探测到的波形。因为超声波被多次反射.所以