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3.3 聲波的反射與超聲波

任務簡報:在山谷中大喊一聲,過一會兒會聽到回音;蝙蝠在黑暗中飛行卻不會撞到障礙物,靠的正是聲波的反射與超聲波。準備好了嗎?跟著步驟動手探究,一關一關破解它!

小欣老師
1讀故事情境先進入狀況
2動手玩實驗先看步驟再操作
3記錄與闖關填數據、答問題
4自我驗證最後回頭打勾⭐
1

情境引導

小惠同學
🧭 探險情境

在山谷中大喊一聲,過一會兒會聽到回音;蝙蝠在黑暗中飛行卻不會撞到障礙物,靠的正是聲波的反射與超聲波。這一節,我們要透過模擬實驗,探究聲波反射的現象,並認識超聲波的應用。

2

實驗工作站:PhET

先把 5 個步驟讀完,再動手做!

💻 電腦版:同一個框框裡,左邊讀步驟、右邊做實驗,實驗畫面會一直陪著你。📱 手機版:先讀步驟,往下就是實驗艙。

🧑‍🏫 操作指導語(請依序完成)

小欣老師
  1. 1

    進入模擬後,選擇聲波模式,開啟音源,觀察波前傳播的情形。

  2. 2

    放置障礙物,觀察聲波遇到障礙物時反射波形成的情形,並記錄反射前後波形的變化。

  3. 3

    調整音源頻率至高頻範圍,理解人耳聽覺範圍(約20Hz至20000Hz)與超聲波(高於20000Hz)的差異。

  4. 4

    討論:蝙蝠與海豚如何利用超聲波反射來定位獵物或障礙物?

  5. 5

    思考:醫院的超音波檢查是利用聲波的什麼特性?

💡 實驗小提醒
  • 聲波遇到障礙物會反射形成回音;超聲波頻率高於人耳可聽範圍上限(約20000 Hz),因此人耳聽不到。

🧪 實驗艙(讀完左邊步驟,在這裡動手做):

phet.colorado.edu🔎 放大操作
實驗艙空白或卡卡的?點右上角「🔎 放大操作」在新分頁開啟,手機操作更順手。 (模擬介紹頁)
3

數據實驗室

小惠同學

把觀察到的結果填進格子;不知道怎麼填?按「填入範例」看看!

📏 小提示:不知道怎麼填?按「✨ 填入範例數據看看」,再改成你自己的觀察!

頻率(Hz)是否人耳可聽反射現象觀察應用聯想
4

探究關卡

小欣老師

用你的觀察與數據回答問題。卡住了就按提示;先寫下想法(5 個字以上),才能解鎖參考答案喔!

探究 1觀察與定題

為什麼在山谷中喊叫會聽到回音?

回到實驗艙或數據表,找找看:什麼現象讓你最意外、最好奇?
試著用「我觀察到……」開頭,再問一個「為什麼」或「跟什麼有關」的問題。
✔ 已自動保存
🔒 參考答案在保險箱裡——先在上面寫下你的想法(5 個字以上)就能解鎖!

🔑 參考答案

因為聲波遇到山壁等障礙物會反射回來,經過一段時間後傳回耳朵,形成延遲聽到的回音。

自我檢核:這些重點我有寫到嗎?點一點做記號!

沒關係!對照答案修改你的想法,科學家也是這樣一次次變厲害的 💪

探究 2計劃與執行

在模擬中,聲波遇到障礙物後,反射波的方向與原本傳播方向有什麼關係?

想一想:這個實驗中你改變了什麼?哪些條件保持不變?
照著操作步驟回顧你實際做了哪些動作,把觀察到的結果寫下來。
✔ 已自動保存
🔒 參考答案在保險箱裡——先在上面寫下你的想法(5 個字以上)就能解鎖!

🔑 參考答案

反射波的傳播方向與入射方向對稱於障礙物表面,符合反射定律(入射角等於反射角)。

自我檢核:這些重點我有寫到嗎?點一點做記號!

沒關係!對照答案修改你的想法,科學家也是這樣一次次變厲害的 💪

探究 3分析與發現

人耳可以聽到的頻率範圍大約是多少?超聲波的頻率範圍呢?

看看你填的數據表:數字怎麼變化?有什麼規律或差異?
用「因為……所以……」把數據和背後的原因連起來。
✔ 已自動保存
🔒 參考答案在保險箱裡——先在上面寫下你的想法(5 個字以上)就能解鎖!

🔑 參考答案

人耳可聽範圍約20 Hz至20000 Hz;超聲波頻率則高於20000 Hz,超出人耳聽覺範圍。

自我檢核:這些重點我有寫到嗎?點一點做記號!

沒關係!對照答案修改你的想法,科學家也是這樣一次次變厲害的 💪

探究 4討論與傳達

蝙蝠、海豚與醫院的超音波檢查,分別是如何利用聲波(超聲波)反射的原理?

想想看:生活中哪裡也看得到類似的現象或應用?
試著用這一課學到的科學詞彙,把想法說清楚給同學聽。
✔ 已自動保存
🔒 參考答案在保險箱裡——先在上面寫下你的想法(5 個字以上)就能解鎖!

🔑 參考答案

蝙蝠與海豚發出超聲波,透過回聲的時間差與方向判斷獵物或障礙物的位置(回聲定位);醫院的超音波檢查則是利用超聲波反射不同組織介面的訊號,重建體內影像。

自我檢核:這些重點我有寫到嗎?點一點做記號!

沒關係!對照答案修改你的想法,科學家也是這樣一次次變厲害的 💪

5

延伸挑戰(進階,選做)

還不過癮?點開下面的挑戰卡,繼續探險!

🚀 延伸挑戰:使用JavaLab進行聲波反射模擬 ▶

前往 JavaLab 網站搜尋「聲波反射」或「回聲測距」相關模擬,探究如何利用聲波反射的時間差計算距離(測距原理),並說明這與超音波測距儀的關聯。

javalab.org · Sound Wave 🔎 放大操作
實驗艙空白或卡卡的?點右上角「🔎 放大操作」在新分頁開啟。
6

反思時光

最後幾題,沉澱一下今天學到的東西!

反思 1學習反思

這次實驗後,我對聲波的反射與超聲波有什麼新的理解?

課本是文字和圖片,虛擬實驗多了什麼?(動手做?數據?變化?)
寫下最真實的想法就可以,反思沒有標準答案。
✔ 已自動保存
🔒 參考答案在保險箱裡——先在上面寫下你的想法(5 個字以上)就能解鎖!

🔑 參考答案

超聲波技術應用廣泛,包括超音波清洗機(利用高頻振動去除污垢)、魚探機(偵測水中魚群位置)、工業探傷(檢測材料內部缺陷)等。

自我檢核:這些重點我有寫到嗎?點一點做記號!

沒關係!對照答案修改你的想法,科學家也是這樣一次次變厲害的 💪

反思 2學習反思

你能舉出一個生活中應用超聲波技術的例子嗎(如超音波清洗機、魚探機)?

課本是文字和圖片,虛擬實驗多了什麼?(動手做?數據?變化?)
寫下最真實的想法就可以,反思沒有標準答案。
✔ 已自動保存
🔒 參考答案在保險箱裡——先在上面寫下你的想法(5 個字以上)就能解鎖!

🔑 參考答案

💡 參考方向同上一題——最重要的是寫下你自己的想法!

自我檢核:這些重點我有寫到嗎?點一點做記號!

沒關係!對照答案修改你的想法,科學家也是這樣一次次變厲害的 💪

🏁

自我驗證:我學會了嗎?

跑完一整輪了!現在回頭檢查——下面四件事你真的會了嗎?會就打勾;不太確定?點旁邊的按鈕回那一關再練一次。

小惠同學小欣老師
🏆 探究迴圈完成!
你剛剛做了真正的科學探究:觀察 → 實驗 → 記錄 → 分析 → 表達 → 回頭驗證。
這就是科學家的一天。幫自己鼓掌!👏