Урок изучения новых знаний по теме "Звук". 11-й класс

Разделы: Физика


Цели:

  • ознакомить учащихся с природой звука, его основными свойствами, характеристиками и видами, продолжить работу по выработке навыков решения расчетных и экспериментальных задач, выработать умения выявлять причинно-следственные связи, раскрыть значимость звука как средства общения людей и компонента их духовной жизни;
  • расширить кругозор в области звуковых явлениях, научить применять знания в новой ситуации, раскрыть связь между музыкой и физикой, сформировать способы умственной деятельности, вовлечь учащихся в активную работу на уроке, развить зрительную память, логическое мышление, а также умение сравнивать и анализировать;
  • сформировать навыки коллективной работы, коммуникативные умения, ознакомить с практическим применением знаний о звуке, а также о пользе и вреде, воспитывать аккуратность и трудолюбие, умение оценивать свой труд и труд товарища, содействовать эстетическому воспитанию.

Оборудование: генератор звуковой частоты, осциллограф, камертон, молоточек, тяжелый предмет, микрофон, компьютер, презентация к уроку, компакт-диск «ФИЗИКУС» – обучение с приключением, таблицы, магнитофон, записи различных звуков, раздаточный набор: материал на столах учащихся, рабочая карта, 5 комплектов ножниц и клея для каждой группы.

ХОД УРОКА

Презентация

1. Организационный момент

Здравствуйте, садитесь.
С раннего детства нас сопровождают звуки, которые позволяют нам получать информацию о том, что происходит в окружающем мире.

Пытаются шептать клочки афиш,
Пытается кричать железо крыш,
И в трубах петь пытается вода,
И так мычат бессильно провода

К. Я. Ваншенкин.

Сегодня мы познакомимся со звуком и звуковыми явлениями. Итак, тема сегодняшнего урока «ЗВУК» (учащиеся записывают в тетради  число и тему урока). Цель нашего урока: понять природу звука.
У старшего группы находится рабочая карта (Приложение 1). Каждый этап урока вы самостоятельно оцениваете уровень понимания материала. По ходу урока вы должны записывать основные выводы.

2. Объяснение нового материала

2.1. Волновое движение – одно из наиболее распространенных видов движения в природе. Наш мир заполнен волнами различной природы: электромагнитными, механическими, акустическими.
Главной особенностью волн является перенос энергии без переноса вещества, а также возможность передачи информации.
И хотя они имеют разные названия, различную физическую природу, но описываются одними и теми же параметрами и уравнениями.
Акустические волны называют звуковыми. Звуковые волны переносят энергию, но главная их особенность – это огромный диапазон выразительных средств, которыми обладает речь и музыка. Звуки по-разному действуют на человека: радуют и раздражают, умиротворяют и придают силы, ласкают слух и пугают своей неожиданностью (включается магнитофон и воспроизводится аудиозапись различных звуков (звуки природы, птиц, выстрелы и т.д.  После этого учитель предлагает учащимся поделиться полученными впечатлениями).

2.2. Что же является причиной звука? Демонстрируются звуковые колебания с использованием компакт-диска.
Итак, пишем вывод: причиной звуков является вибрация (колебания) тел.
Универсальным звукоприемником является ухо. Демонстрируются основные детали уха и происходящие процессы с использованием компакт-диска.
Итак, вывод: звукоприемником является ухо. В таблице № 1 (Приложение 2) вы можете наглядно увидеть основные части уха и происходящие процессы (учащиеся работают с таблицей).
Под действием звуковой волны, возникают вынужденные колебания барабанной перепонки, затем происходит сложение, корректировка и  передача колебаний через косточки и жидкость в мозг.
Источники звуков необычайно многообразны (шелест листвы, журчание ручья, шум прибоя, гром, звуки, издаваемые птицами, рыбами, зверями).

2.3. Что же является источником звука у человека? Демонстрируются органы, участвующие в создании звука и происходящие физические явления с использованием компакт-диска.  Итак, вывод: источником звука у человека является гортань, голосовые связки. Высота голоса зависит от длины и натяжения голосовых связок. В этой же таблице № 1 (Приложение 2) вы видите органы, участвующие в создании звука.

Голоса классифицируются по частотам (отдельно – мужские и женские). Обратите внимание по таблице № 2 (Приложение 3), что звуки человеческого голоса делят на несколько диапазонов.
Звуковые волны, прослушиваемые ухом, имеют весьма узкий диапазон. В таблице 2 (Приложение 3) вы видите, что слышимый звук – это волны с частотой от 16 до 20000 Гц.
Звуковые волны с частотой ниже 16 Гц называются инфразвуком, его порождает шум моря, сотрясение земной коры, а частотой от 2 • 104  до 2 • 109 Гц  – ультразвуком, его порождают колеблющиеся тела с большой частотой, ультразвук частотой выше 109 Гц называется гиперзвук, порождают сверхвысокочастотные колебания тел.

2.4. Что же такое звук с точки зрения физики? Методом беседы выясняем физические свойства звука, шаг за шагом создавая таблицу 3 (Приложение 4).

Звук – это упругие волны, распространяющиеся в газах, в плазме, жидкостях и твердых телах. Характерной особенностью этих волн является то, что они не могут распространяться в вакууме.
Скорость распространения звуковой волны конечна и зависит от свойств среды. Например, скорость звука в воздухе 331,2 м/с, в водороде – 1270, стали – 4980 м/с. Из этих данных видно, что скорость звука наибольшая в твердых телах.
Когда играет оркестр, то звуки от скрипки не мешают распространяться звукам от трубы и барабана, то есть звуки от каждого инструмента оркестра приходят к нам точно такими же, как от одного отдельно звучащего инструмента. Это связано с тем, что частота и амплитуда непрерывно меняется. Однако если источники звуковых волн колеблются с одной и той же частотой, то в одних точках пространства звучание будет громким, а в других – тихое. Это явление называют интерференцией – сложение в пространстве волн. Результатом может быть усиление или ослабление звука. С этим явлением вы сталкивались при изучении механических колебаний.
Предположим, что звук отражается от объектов, размеры которых относительно невелики, например, от копны сена, камня, ствола дерева и т. д. Если длина волны меньше размера препятствия, то звуковая волна отражается от объекта. Если же длина волны много больше размера объекта, то звуковая волна проходит сквозь объект. Происходит это вследствие дифракции – огибание волнами препятствий, рождающее второй фронт волны, то есть «второй звук». И с этим явлением вы уже знакомы.
Представьте себе, что вы едете в поезде, и вот он вошел в туннель – звуки сразу стали более громкими и гулкими. Это происходит благодаря отражениям звуков от стенок туннеля. Проявление отражения звука – эхо. При этом выполняются закон отражения.
Таким образом, звуковым волнам, как и другим видам волн присущи перечисленные свойства.

2.5. Какие характеристики имеет звук?  Есть объективные и субъективные. К объективным  относятся: частота. Она определяет высоту звука. Учащиеся составляют таблицу 4 (Приложение 5) и обратите внимание, что различные источники музыкальных звуков имеют различную частоту, а значит и высота разная.
Другой характеристикой является скорость звука. Она различна и зависит от свойств среды (работа с таблицей 4), интенсивность – энергетическая характеристика, зависит от амплитуды звукового давления, свойств среды, формы волны.

К субъективным характеристикам относятся:

1. Громкость. Демонстрируется зависимость громкости от амплитуды колебаний с использованием генератора звуковой частоты, громкоговорителя и осциллографа.
Громкость звучания определяется давлением на барабанную перепонку, а по осциллограмме видим, что громкость связана с амплитудой колебания. Чем больше амплитуда, тем громче звук.

2. Высота. Демонстрируется зависимость высоты звука от частоты колебаний с помощью генератора звуковой частоты, громкоговорителя, осциллографа.
Как мы видим, высота зависит от частоты колебаний.

3. Тембр звука – придает звуку «окраску». Такое его качество позволяет нам отличить звуки одних источников звука от других.   
Музыкальный тон (ля) представляет собой одно гармоническое колебание, без оттенков. Такой звук дает камертон.

Музыкальный звук рояля представляет собой периодическое колебание, не синусоидальные.
Беспорядочные колебания сложной формы издает шум, а удар представляет собой затухающие колебания неправильной формы.

Подведем некоторые итоги: чтобы услышать звук, необходимы:

  • Источник звука;
  • Упругая среда между ним и ухом;
  • Определенный диапазон частот колебаний источника звука;
  • Достаточная для восприятия ухом мощность звуковых волн.

Кроме этого, мы выяснили, физические свойства звука и его характеристики.
За каждый этап урока выставлена оценка старшим группы. 

3. Коллективно-групповая деятельность учащихся

Решение расчетных и экспериментальной задач.

 Возьмите конверт № 1. Первой, второй, третьей и четвертой группам предлагается решить расчетную задачу, а пятой группе – экспериментальная задача. Если вы забыли расчетные формулы, то у вас есть справочный материал.

Задача № 1:

Длина звуковой волны в воздухе для самого низкого мужского голоса достигает 4,3 м, а для самого высокого женского голоса – 25 см. Найти частоту колебаний этих голосов.

Задача № 2:

Расстояние до преграды, отражающей звук, 68 м. Через сколько времени человек услышит эхо?

Задача № 3:

Частотный диапазон рояля от 90 до 9000 Гц. Найти диапазон длин звуковых волн в воздухе.

Задача № 4:

Найти длину звуковой волны с частотой 440 Гц в воздухе и водороде.

Экспериментальное задание:

Оборудование:  осциллограф, камертон, молоточек, тяжелый предмет,  микрофон.

Ход работы:

Получите осциллограммы колебаний, ударив перед микрофоном камертон, уронив тяжелый предмет, издав стук.

Вывод: Расшифруйте полученные на экране записи.

Проверим результаты работы. (Учащиеся пятой группы демонстрируют результаты своих опытов и дают объяснение, описывая графики на экране осциллографа. Представители остальных групп, выходя к доске воспроизводят решение задач, комментируя его).
Оцените степень понимания материала.

4. Работа групп с информацией и составление сообщения на заданную тему

Теперь работаем в группе по карточке-заданию (Приложение 6). Возьмите  конверт №2. Каждый из вас, получив карточку-факт, готовит ответ на вопрос и сообщает его старшему группы.
А теперь мы послушаем сообщения об использовании звука в биологии, медицине, музыке, о действии звука на человека, о звуковых явлениях в природе.
Оцените себя и поставьте общую оценку. Рабочую карточку можно сдать.

5. Подведение итога урока

Сегодня на уроке мы познакомились с природой звука, его свойствами и характеристиками, поговорили о музыкальных звуках и шумах, затронули лишь небольшую часть использования звука.

Домашнее задание: предложите способы защиты своей квартиры, дома, школы от шума.
Наше короткое повествование о мире звуков подошло к концу. Быть может, не у каждого из нас оно пробудит в полной мере чувство восхищения перед всем, что достойно удивления в этом мире. Но, несомненно, никто не откажет акустике в многообразии ее проявлений, в широких возможностях ее применения. А это уже служит залогом дальнейшего развития интереса к данной области науки и технике.
На этом наш урок закончен. До свидания.

Список литературы:

  1. Клюкин И.И. Удивительный мир звука. Санкт-Петербург, «Судостроение»  1986г.
  2. Брэгг У. Мир света. Мир звука. М.: Наука, 1967 г.
  3. Гриффин Д. Эхо в жизни людей и животных. М.: Физматгиз, 1961 г.
  4. Тарасов Л.В. Физика в природе. М.: «Просвещение», 1988 г.
  5. Эльшанский И.И. Законы природы служат людям. М.: «Просвещение», 1998 г.
  6. Морозов В.П. Занимательная биоакустика. М.: Знание, 1983 г.
  7. Мясников Л.Л. Неслышимый звук. Санкт-Петербург.: «Судостроение», 1987г.
  8. Энциклопедия для детей. М.: Аванта, 2001 г.
  9. Компакт-диск Физэнциклопедия «Вся физика» М.: «Руссобит Паблишинг», 2003 г.
  10. Компакт-диск. Виртуальная школа. Репетитор по физике Кирилла и Мефодия. Москва. 2004 г.
  11. Физика в школе № 3. Научно-методический журнал. 1998 г.
  12. Физика в школе № 3. Научно-методический журнал. 2001 г.
  13. Физика в школе № 4. Научно-методический журнал. 2001 г.

19.10.2014