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IB 物理/生物医学物理

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选修 I:医学物理 (22 小时) [未完]

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医学物理遵循课程大纲的细节,第一次考试为 2009 年。[1] [2]

I1 耳朵和听觉

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I.1.1 描述人类耳朵的基本结构。[3]
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注意,结构应限于影响耳朵物理操作的那些特征。

文件:耳朵.png
人耳

耳朵将声音从电信号传递到大脑。耳朵有三个部分

a) 外耳 (充满空气):耳廓 (或耳壳);耳道 (和耳道上方的骨头)

b) 中耳 (充满空气):听小骨的集合 (3 块骨头 - 锤骨、砧骨和镫骨);鼓膜 (又称耳膜);卵圆窗 (通向内耳)

c) 内耳 (充满液体):圆窗;半规管;听觉神经;耳蜗;咽鼓管

由于外耳的形状,声音振动能够到达鼓膜。

在中耳,这些振动 (又称空气振荡) 通过听小骨转化为内耳 (在液体中) 的振荡,并将它们导向卵圆窗。

然后内耳,特别是在耳蜗中,将这些振荡转化为电信号,这些信号沿着听觉神经传送到大脑。

由于尽可能多地将空气中的声振荡传递 (而不是反射) 到耳蜗的液体中,这个过程非常复杂。(这个过程被称为阻抗匹配)。
耳蜗是一个螺旋形的管道,有三个腔室。压力波从卵圆窗开始,最终被圆窗吸收。耳蜗中的毛发状结构被认为有不同的长度,不同的长度对应着它们检测到的不同频率,然后将电脉冲发送到大脑。

半规管不帮助听力,它们的功能与平衡有关。

咽鼓管不帮助听力,它连接中耳和口腔,参与平衡鼓膜两侧的压力。

I.1.2 说明并解释空气中的声压变化是如何转化为耳蜗液中更大的压力变化的。[4]
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注意“这可以通过鼓膜和卵圆窗的不同面积以及听小骨的杠杆作用来处理。虽然阻抗匹配的概念不是正式要求的,但学生应该了解,如果没有一个机制将不同密度介质 (空气和液体) 之间的压力进行转换,大部分声音将被反射,而不是被传输到耳蜗液中。”[5]

首先,声振荡的压力通过听小骨被放大。

这三块骨头充当杠杆,在到达卵圆窗时,将鼓膜上的力增加了 50%,乘以 1.5。

卵圆窗比鼓膜 (听小骨之前的部分) 小 15 倍。这意味着与鼓膜相比,卵圆窗上的声振荡压力会增加。

“这两个过程导致耳蜗液中更大的压力变化,与鼓膜上的压力变化相比。”[6]

I.1.3 说明正常听力的人所能听到的频率范围。[7]
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正常听力的范围是 20 Hz 到 20,000 Hz (20 kHz)
音调对应着波的频率。声音的频率越高,音调越高。每单位时间有更多的波。

I.1.4 说明并解释,感知到的响度变化是耳朵对强度变化的反应。[8]
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声音强度是“声波每秒传递到单位面积上的能量” ,单位为 W/m²
声音强度取决于声音的振幅,更高的声音强度具有更大的声音强度。
强度(振幅)²

参考资料
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  1. https://docs.google.com/viewer?a=v&pid=sites&srcid=ZGVmYXVsdGRvbWFpbnxmcmVkaWtheWF8Z3g6MTNkODFlNzQxMGIxMTA3Mw
  2. Kirk, Tim. 物理学,面向国际文凭课程。第二版。格拉斯哥:牛津大学出版社,2007 年。印刷。第 187 到 196 页。
  3. 国际文凭组织。物理课程大纲细节。2009 年。国际文凭组织 2007 年。第 121 页。PDF 文件。
  4. 国际文凭组织。物理课程大纲细节。2009 年。国际文凭组织 2007 年。第 121 页。PDF 文件。
  5. 国际文凭组织。物理课程大纲详情。2009。国际文凭组织2007。第121页。PDF文件。
  6. Kirk, Tim。国际文凭物理。第二版。格拉斯哥:牛津大学出版社,2007。第187页。印刷版。
  7. 国际文凭组织。物理课程大纲详情。2009。国际文凭组织2007。第122页。PDF文件。
  8. 国际文凭组织。物理课程大纲详情。2009。国际文凭组织2007。第122页。PDF文件。
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