首页> 备考指南>【A-Level物理干货】超声波成像原理！
在我们的生活中，超声波被广泛应用：可用于清洗、碎石、杀菌消毒等，常见的应用便是在医院里的B超检查。今天A-Level跟大家仔细聊聊超声波成像技术的基本原理，并解析A-Level物理真题考点!
那你了解过超声波吗?知道超声波的基本原理吗?
学习过A-Level物理的同学，会发现超声波也是常常被提起的考点之一!
在开始详细学习前，首先需要了解几个基本概念：超声波(ultrasound)和压电晶体(piezoelectriccrystal)
超声波(ultrasound)是频率超出人听觉之外的声波，常用于成像的超声波频率在十万至百万赫兹之间。
高频的声波靠高频的电压所产生，频率越高，传入身体内部的超声波的衍射现象越少。换个角度来说，当波速固定时，波长和频率成反比，超声波的波长就相当于这种成像技术的仪器精度，频率越高，检测技术也就越精细。
广义上讲，transducer是一切将能量从一种形式转化成另一种形式的装置。但在超声波仪器中，它的功能是将外界输入的高频交流电转化成超声波，并将接收到的超声波转化成电能的设备，简言之，transducer既是超声波的发射器(transmitter)也是接收器(receiver)。
装置的核心部件是石英(也称作压电晶体piezoelectriccrystal)，它和麦克风的原理一样。当外界声波能量输入时，石英晶体发生变形(distortion)，行变量导致晶体两侧产生一个电势差，电势差的高低和频率的特征与接收的声波强度和频率同步。一般体检中使用的超声波频率为5000赫兹。
了解了以上2个基本概念之后，我们来看一下超声波成像的步骤：
首先，高频交流电导致晶体振动，振动发声。声波与高频电压同步，当交流电压的频率等于晶体的固有频率时，产生共振。随后，发射进入身体的超声波在密度差异比较大的肌肉-脂肪或者肌肉-骨骼的界面发生反射。
更后，transducer根据发射与反射的时间差，根据简单的“回声原理”计算出反射面的厚度。由点及面，多个“厚度”数据组合成体内结构的二维图，也就是我们做B超检查时，电脑屏幕上所形成的照片。
在历年真题中，超声波的考查范围包括声波的产生、接收以及超声波的吸收性和反射比率的计算。
接下来以2道真题为例，带大家感受一下A-Level物理中超声波的考查难度。
(1)(2020年10月P43)Explaintheprinciplesofthegenerationofultrasoundwavesforuseinmedicaldiagnosis.[4]
【解析】对超声波的产生原理的解释，需要扣到能量输入(交流电)、转化(压电晶体)和形式(超声波),输入交流电和超声波之间的关联在于“共振”，因为二者频率相同，符合共振的发生条件。具体答题思路如下：
quartzcrystal
alternatingp.d.acrosscrystalcausesittovibrate
resonanceoccurswhenfrequencyofp.d.matchesnaturalfrequencyofcrystalnaturalfrequencyofcrystalisinultrasoundrange
备注：超声波的产生(上)和超声波的接收(下)原理示意图
(2)(2020年5月P42)Explaintheprinciplesofthedetectionofultrasoundwavesformedicaldiagnosis.[4]
【解析】超声波的检测过程需要覆盖到波源、接收装置和后续处理三部分。具体答题思路为：
pulsesofultrasound
ultrasoundincidentonquartzcrystal
wavesmakecrystaloscillate
oscillations(ofcrystal)generatesane.m.f.(acrossthecrystal)
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