И всюду звук и всюду цвет,
И всем мирам одно начало,
И ничего в природе нет,
Чтобы любовью не звучало.А.К. Толстой.
Цели:
- образовательная: сформировать понятие звука с точки зрения физики; изучить механизм передачи и восприятия звука живыми организмами; рассмотреть двоичный способ представления звуковой волны в компьютере;
- развивающая: продолжать расширять кругозор учащихся на основе интеграции знаний учащихся; развивать логическое и абстрактно мышление;
- воспитательная: воспитывать положительную мотивацию в учении; культуру умственного труда; пропаганда здорового образа жизни.
Оборудование: Компьютер, настенный экран, мультемидийный проектор, камертон с резонаторным ящиком, CD-диск “Открытая физика”, CD-диск “Уроки биологии. Человек и его здоровье”.
Ход урока
1. Орг. момент.
2. Актуализация знаний
Человек живет в мире звуков. Звуки, воспринимаемые человеческим ухом, являются одним из важнейших источников информации об окружающем мире. Шум моря и ветра, пение птиц, голоса людей и крики животных, раскаты грома, звуки движущихся машин позволяют легче адаптироваться в изменяющихся внешних условиях. В русском языке нет достаточно емкого слова, - которое дало бы оценку многообразию звуков, окружающих человека с рождения. Радость и горе, бодрость и уныние, буйство и печаль, т.е. наше настроение, чувства, могут быть выражены звуком.
С помощью звуков люди общаются, обмениваются мыслями, идеями, чувствами, информацией.
Задачи урока: выяснить, что такое звук, какова его природа, способы приема и передачи. (Ставят учащиеся)
3. Сообщение темы и целей урока
Учитель физики сообщает тему и задачи конференции.
Начинает изучение нового материала со схемы: источник звука, передающая среда, приёмник.
Даёт определение звуковой волны.
Звуковые волны — упругие волны в среде, вызывающие у человека слуховые ощущения.
Рассматривает процесс возникновения звуковых волн.
Звуковые волны создаются источниками, имеющими размеры от нескольких миллиметров до десятков метров.
Проводит демонстрационный опыт с камертоном - показывает звучание камертона, с помощью шарика на нити убеждает учащихся, что ножки камертона колеблются.
Колебания источника звука (например, камертона, струны или голосовых связок) вызывают в воздухе волны сжатия и разрежения .
Демонстрация звуковой волны с помощью компьютера (диск “Открытая физика”).
Объясняет роль резонатора.
Сам по себе камертон дает очень слабый звук, потому что площадь поверхности колеблющихся ветвей камертона, соприкасающейся с воздухом, мала и в колебательное движение приходит слишком мало частиц воздуха. Поэтому камертон обычно укрепляют на деревянном ящике подобранном так, чтобы частота его собственных колебаний была равна частоте звука, создаваемого камертоном. Благодаря резонансу стенки ящика тоже начинают колебаться с частотой камертона. Это колебания большой амплитуды (резонанс!), да и площадь поверхности ящика велика, поэтому звук камертона оказывается значительно более громким. Ящик так и называют — резонатор. В музыкальных инструментах без резонаторов тоже нельзя обойтись. Ими служат деки. Без них, от одних струн, звуки были бы почти не слышны. Полость рта человека — тоже резонатор для голосовых связок.
Учитель биологии предлагает ученикам вспомнить и рассказать об устройстве гортани и её роли в образовании звука.
Доклад учащегося. Источник звука человека.
Гортань - орган голосообразования. Воздух из носовой полости проходит через хоаны в верхние отделы глотки, а затем в гортань. Она представляет собой широкую трубку, суженную посередине и напоминающую песочные часы. Гортань состоит из хрящей. Спереди и с боков ее прикрывает щитовидный хрящ. У мужчин он несколько выступает вперед, образуя кадык.
В узкой части гортани находятся голосовые связки. Их две пары (верхние связки – ложные, нижние связки – истинные), но в голосообразовании участвует лишь одна, нижняя пара. Связки могут сближаться и натягиваться, то есть изменять форму щели, которая образуется между ними. Когда человек спокойно дышит, связки разведены. При глубоком дыхании они разводятся еще дальше, при пении и речи они смыкаются, остается лишь узкая щель, края которой вибрируют. Они-то и являются источником звуковых колебаний, от которых зависит высота голоса. У мужчин связки длиннее и толще, их звуковые колебания ниже по частоте, поэтому и мужской голос более низкий. У детей и женщин связки тоньше и короче, а потому их голос более высокий.
Звуки, образующиеся в гортани, усиливаются резонаторами - околоносовыми пазухами - полостями, находящимися в лицевых костях, заполненных воздухом. Под влиянием воздушной струи стенки этих полостей немного вибрируют, вследствие чего звук усиливается и приобретает дополнительные оттенки. Они определяют тембр голоса.
Звуки, издаваемые голосовыми связками, еще не речь. Членораздельные звуки речи формируются в ротовой и носовой полостях в зависимости от положения языка, губ, челюстей и распределения звуковых потоков. Работа перечисленных органов при произнесении членораздельных звуков называется артикуляцией.
Правильная артикуляция формируется особенно легко в возрасте от года до 5 лет, когда ребенок овладевает родным языком. При общении с маленькими детьми не надо шепелявить, копировать их неправильное произношение, так как это ведет к закреплению ошибок и нарушению речевого развития.
Учитель физики. Распространение звуковых волн.
Вопрос: если звук – это волна, распространяющаяся в воздухе, то какая это волна?
Необходимое условие распространения звуковых волн — наличие материальной среды.
В вакууме звуковые волны не распространяются, так как там нет частиц, передающих взаимодействие от источника колебаний.
Поэтому на Луне из-за отсутствия атмосферы царит полная тишина. Даже падение метеорита на ее поверхность не слышно наблюдателю.
Скорость распространения звуковых волн
Скорость распространения звуковых волн определяется скоростью передачи взаимодействия между частицами. Учащиеся записывают формулу для определения длины волны и скорости волны, рассматривают таблицу, делают выводы
Вещество Скорость звука, м/с Воздух (при 20 °С) 343,1 Водород 1284 Вода 1483 (при 200с) Железо 5850 Резина 1800 Морская вода 1530
Восприятие звуковых волн (технические приёмники, ухо человека).
Итак, мы выяснили, что такое звук, его источники. А теперь выясним, как звук воспринимается.
Доклад ученика. “Кто как слышит”.
Каждый из вас бывал в лесу, и вы слышали, что все вокруг заполнено звуками.
Без ушей в лесу не прожить. Уши помогают найти друзей, спастись от врагов, поймать добычу. Каждое животное слышит по-разному.
У кузнечика уши не на привычном для нас месте – не на голове, а на ногах слуховой орган кузнечика расположен на голени, чуть ниже “колена”. Две узенькие щелочки ведут во, внутреннюю довольно обширную полость, в которой расположен, так называемый, тимпанальный орган. Он построен по Титу нашей перепонки, колебания которой передаются к слуховым нервам.
Тимпанальные органы – это наиболее специализированные органы слуха насекомых. У многих бабочек, мотыльков, у цикад, саранчи и некоторых водяных клопов, они располагаются по обеим сторонам, сразу же за грудкой или на самой грудке.
В основании усиков насекомых, находятся особые джонстоновые органы. Контролирующие полет, регистрацию скорости и направление, но у комаров джонстоновы органы воспринимают и звук. Усик вибрирует в унисон со звуковыми колебаниями определенного тона. Джостонов орган возбуждает и передает в мозг соответствующие сигналы. И так у комаров, мух, пчел, усики построены так, что могут чувствовать звуки. Значит, эти насекомые слушают свои песни не ушами, а усами!
Ушей у рыб никто никогда не видел, но, тем не менее, рыбы очень чутко реагируют на звуки. Внутреннее ухо у рыб расположено в голове, оно тоненькими косточками соединено с плавательным пузырем. Через воду и тело рыбы звук доходит до этого пузыря. Он дрожит, и как барабанная перепонка, а косточки передают эту дрожь во внутреннее ухо. Так рыбы дышат плавательным пузырем.
Нет ушей и лягушек. Ухо лягушки – это круглые отверстия, так же затянуты барабанной перепонкой. От звука она дрожит, и эту дрожь чувствуют специальные слуховые нервы лягушки. При издавании звуков горло лягушки оттягивается, что способствует усилению звука. Кроме внутреннего, у Амфибий появляется еще и среднее ухо. Появляется и первая слуховая косточка – стремечко.
А вот змеи практически глухие. Среднее ухо у них упрощено, наружное ушное отверстие и барабанная перепонка отсутствуют. Зато они всем своим телом чувствуют сотрясение земли под ногами идущего человека – поэтому и кажется, что они его слышат.
Многие птицы очень хорошо слышат. Барабанная перепонка располагается у них не на поверхности головы, а на дне особого слухового прохода, наружное отверстие которого иногда бывает, окружено кожными складками - предшественниками наружного уха. Среднее ухо содержит единственную слуховую косточку - стремечко. У птиц, по сравнению с предшествующими группами, значительно лучше развита улитка. Тонкий слух и способность дифференцировать звуковые сигналы хорошо согласуется со способностью птиц издавать разнообразные звуки, несущие определенную информацию.
Учитель биологии.У всех млекопитающих слух очень развит, у них появляется наружная раковина. Поразительно работают уши у собаки. Она, например, может слышать звуки, которые более чем в 100 раз тише: уровень их приближается к уровню шумов теплового движения молекул воздуха.
У животных относящихся к классу млекопитающие, и у человека орган слуха образован 3 отделами. (Объяснение учителя, использование наглядного материала мультимедийного урока: “Орган слуха”).
Работа со схемой “Слуховой анализатор”. Ответьте на вопросы, используя схему:
А. Назовите отделы слухового анализатора.
Б. В какой части слухового анализатора происходит окончательное различение звуков?
В. При нарушении 1 или II звена слухового анализатора используют костную передачу звука. Какие свойства кости в этом случае играют важную роль?
Учитель физики. Знакомство с основными характеристиками звука: частота, высота, амплитуда колебаний, громкость, единица громкости.
Звуки бывают разные. Мы легко различаем свист и дробь барабана, мужской голос (бас) от женского (сопрано).
Чем же отличаются звуки друг от друга?
Тон звука. Об одних звуках говорят, что они низкого тона, другие мы называем звуками высокого тона. Ухо их легко различает. Звук, создаваемый большим барабаном, это звук низкого тона, свист — звук высокого тона. Простые измерения (развертка колебаний) показывают, что звуки низких тонов — это колебания малой частоты в звуковой волне. Звуку высокого тона соответствует большая частота колебаний. Частота колебаний в звуковой волне определяет тон звука. Камертон - особый источник звука, испускающий единственную частоту, так называемый чистый тон.
Громкость звука. Звуки даже одного тона могут быть разной громкости. С чем связана эта характеристика звука? Нетрудно понять, что она связана с энергией колебаний в источнике и в волне. Энергия же колебаний определяется амплитудой колебаний. Громкость, следовательно, зависит от амплитуды колебаний. Но связь между громкостью и амплитудой не простая. Самый слабый еще слышимый звук, дошедший до барабанной перепонки, приносит в 1 с энергию, равную примерно 10 -16 Дж, а самый громкий звук (реактивного ракетного двигателя в нескольких метрах от него)— около 10 -4Дж. Следовательно, по мощности самый громкий звук примерно в тысячу миллиардов раз превосходит самый слабый. Но этого нельзя сказать о громкости звука. О звуках вообще нельзя сказать, что один из них в два, в три, а тем более в миллионы или в миллиарды раз громче другого. О звуках различной громкости говорят, что один громче другого не во столько-то раз, а на столько-то единиц. Единица громкости называется децибелом (дБ). Например, громкость звука шороха листьев оценивается 10 дБ, шепота — 20 дБ, уличного шума — 70 дБ. Шум громкостью 130 дБ ощущается кожей и вызывает ощущение боли. О громкости уличного шума, например, можно сказать, что она на 60 дБ больше громкости шороха листьев.
В таблице приведены сведения, выражающие степень звукового давления различных шумовых эффектов (сила звуков указана в децибелах).
| Источник звука | Сила звука. децибел |
| Шумовое оружие | 190 |
| Смертельный уровень | 180 |
| Реактивный самолет | 150 |
| Сирена воздушной тревоги | 130 |
| Болевой порог | 120 |
| Громкая музыка | 110 |
| Мотоцикл | 100 |
| Спортивный автомобиль | 90 |
| Опасный уровень | 80 |
| Уличный шум | 70 |
| Нормальный разговор | 60 |
| Тихая улица | 50 |
| Тихая комната | 40 |
| Звук часов | 30 |
| Шепот | 20 |
| Шелест листьев на ветру | 10 |
| Порог слуха | 0 |
Учитель биологии. Окружающая человека среда полна звуков. Постоянный, нормальный шум окружающей среды варьирует от 35 до 60 децибел - единиц, выражающих степень звукового давления. Однако часто человек испытывает различное по силе действие шума, которое зависит от окружающей среды и образа жизни самого человека
Рассмотрите таблицу, сопоставьте различные уровни шума и, проанализировав свой образ жизни, оцените степень воздействия шума на ваш организм. (Работа ребят в парах с последующим выступлением).
Сообщение учащегося по теме “Шум-бич XXI века” Влияние шума на организм (Приложение №3)
Шум - комплекс звуков, вызывающий неприятное ощущение или болезненные реакции. Шум - одна из форм физической среды жизни. Влияние шума на организм зависит от возраста, слуховой чувствительности, продолжительности действия, характера. Шум мешает нормальному отдыху, вызывает заболевания органов слуха, способствует увеличению числа других заболеваний угнетающе действует на психику человека. Шум - такой же медленный убийца, как и химическое отравление. Первые дошедшие до нас жалобы на шум можно найти у римского сатирика Ювенала (60-127 гг.).
Современный шумовой дискомфорт вызывает у живых организмов болезненные реакции. Шум от пролетающего реактивного самолета, например, угнетающе действует на пчелу, она теряет способность ориентироваться. Этот же шум убивает личинки пчел, разбивает открыто лежащие яйца птиц в гнезде. Транспортный или производственный шум действует угнетающе на человека - утомляет, раздражает, мешает сосредоточиться. Как только такой шум смолкает, человек испытывает чувство облегчения и покоя.
Уровень шума в 20-30 децибел (дБ) практически безвреден для человека. Это естественный шумовой фон, без которого невозможна человеческая жизнь. Для “громких звуков” допустимая граница примерно 80 децибел Звук в 130 децибел уже вызывает у человека болевое ощущение, а в 150 - становится для него непереносимым. Звук в 180 децибел вызывает усталость металла, а при 190 заклепки вырываются из конструкций. Недаром в средние века существовала казнь “под колоколом”. Звон колокола медленно убивал человека.
Любой шум достаточной интенсивности и длительности может привести к различной степени снижения слуховой активности.
Помимо частоты и уровня громкости шума, на развитие тугоухости влияют возраст, слуховая чувствительность, продолжительность, характер действия шума, ряд других причин. Болезнь развивается постепенно, поэтому особенно важно заранее принять соответствующие меры защиты от шума. Под влиянием сильного шума, особенно высокочастотного, в органе слуха происходят необратимые изменения. При высоких уровнях шума понижение слуховой чувствительности наступает уже через 1-2 года работы, при средних уровнях она обнаруживается гораздо позднее, через 5-10 лет.
Последовательность, с которой происходит утрата слуха, сейчас хорошо изучена. Сначала интенсивный шум вызывает временную потерю слуха. В нормальных условиях через день или два слух восстанавливается. Но если воздействие шума продолжается месяцами или, как это имеет место в промышленности, годами, восстановление не происходит, и временный сдвиг порога слышимости превращается в постоянный.
Сначала повреждение нервов сказывается на восприятии высокочастотного диапазона звуковых колебаний (4 тыс. герц или выше), постепенно распространяясь на более низкие частоты. Высокие звуки “ф” и “с” становятся неслышными. Нервные клетки внутреннего уха оказываются настолько поврежденными, что атрофируются.
Шумная музыка также притупляет слух. Группа специалистов обследовала молодежь, часто слушающую модную современную музыку. У 20 процентов юношей и девушек слух оказался притупленным в такой степени, как и 85-летних стариков.
Шум мешает нормальному отдыху и восстановлению сил, нарушает сон. Систематическое недосыпание и бессонница ведут к тяжелым нервным расстройствам. Поэтому защите сна - этого “бальзама души” - от всякого рода раздражителей должно уделяться большое внимание.
Шум оказывает вредное влияние на зрительный и вестибулярный анализаторы, снижает устойчивость ясного видения и рефлекторной деятельности. Шум способствует увеличению числа всевозможных заболеваний еще и потому, что он угнетающе действует на психику, способствует значительному расходованию нервной энергии, вызывает душевное не довольствие и протест.
Исследования показали, что и неслышимые звуки также опасны. Ультразвук, занимающий заметное место в гамме производственных шумов, неблагоприятно воздействует на организм, хотя ухо его не воспринимает. Пассажиры самолета часто ощущают состояние недомогания и беспокойства, одной из причин которых является инфразвук. Инфразвуки вызывают у некоторых людей приступы морской болезни.
Даже слабые инфразвуки могут оказывать на человека существенное воздействие, если они носят длительный характер. Некоторые нервные болезни, свойственные жителям промышленных городов, вызываются именно инфразвуками, проникающими сквозь самые толстые стены.
Один из основных источников шума в городе - автомобильный транспорт, интенсивность движения которого постоянно растет. Наибольшие уровни шума 90-95 дБ отмечаются на магистральных улицах городов со средней интенсивностью движения 2-3 тыс. и более транспортных единиц в час.
Уровень уличных шумов обуславливается интенсивностью, скоростью и характером (составом) транспортного потока. Кроме того, он зависит от планировочных решений (продольный и поперечный профиль улиц, высота и плотность застройки) и таких элементов благоустройства, как покрытие проезжей части и наличие зеленых насаждений. Каждый из этих факторов способен изменить уровень транспортного шума в пределах до 10 дБ.
В промышленном городе обычно высок процент грузового транспорта на магистралях. Увеличение в общем потоке автотранспорта грузовых автомобилей, особенно большегрузных с дизельными двигателями, приводит к повышению уровней шума. В целом грузовые и легковые автомобили создают на территории городов тяжелый шумовой режим.
Шум, возникающий на проезжей части магистрали, распространяется не только на примагистральную территорию, но и вглубь жилой застройки. Так, в зоне наиболее сильного воздействия шума находятся части кварталов и микрорайонов, расположенных вдоль магистралей общегородского значения (эквивалентные уровни шума от 67,4 до 76,8 дБ). Уровни шума, замеренные в жилых комнатах при открытых окнах, ориентированных на указанные магистрали, всего на 10-15 дБ ниже.
Акустическая характеристика транспортного потока определяется показателями шумности автомобильности. Шум, производимый отдельными транспортными экипажами, зависит от многих факторов: мощности и режима работы двигателя, технического состояния экипажа, качества дорожного покрытия, скорости движения. Кроме того, уровень шума, как и экономичность эксплуатации автомобиля, зависит от квалификации водителя. Шум от двигателя резко возрастает в момент его запуска и прогревания (до 10 дБ). Движение автомобиля на первой скорости (до 40 км/ч) вызывает излишний расход топлива, при этом шум двигателя в 2 раза превышает шум, создаваемый им на второй скорости. Значительный шум вызывает резкое торможение автомобиля при движении на большой скорости. Шум заметно снижается, если скорость движения гасится за счет торможения двигателем до момента включения ножного тормоза.
За последнее время средний уровень шума, производимый транспортом, увеличился на 12-14 дБ. Вот почему проблема борьбы с шумом в городе приобретает все большую остроту.
Для защиты людей от вредного влияния городского шума необходима регламентация его интенсивности, спектрального состава, времени действия и других параметров. При гигиеническом нормировании в качестве допустимого устанавливают такой уровень шума, влияние которого в течение длительного времени не вызывает изменений во всем комплексе физиологических показателей, отражающих реакции наиболее чувствительных к шуму систем организма.
В основу гигиенически допустимых уровней шума для населения положены фундаментальные физиологические исследования по определению действующих и пороговых уровней шума. В настоящее время шумы для условий городской застройки нормируют в соответствии с Санитарными нормами допустимого шума в помещениях жилых и общественных зданий и на территории жилой застройки (№ 3077-84) и Строительными нормами и правилами II 12-77 “Защита от шума”. Санитарные нормы обязательны для всех министерств, ведомств и организаций, проектирующих, строящих и эксплуатирующих жилье и общественные здания, разрабатывающих проекты планировки и застройки городов, микрорайонов, жилых домов, кварталов, коммуникаций и т.д., а также для организаций, проектирующих, изготавливающих и эксплуатирующих транспортные средства, технологическое и инженерное оборудование зданий и бытовые приборы. Эти организации обязаны предусматривать и осуществлять необходимые меры по снижению шума до уровней, установленных нормами.
Одним из направлений борьбы с шумом является разработка государственных стандартов на средства передвижения, инженерное оборудование, бытовые приборы, в основу которых положены гигиенические требования по обеспечению акустического комфорта.
ГОСТ 19358-85 “Внешний и внутренний шум автотранспортных средств. Допустимые уровни и методы измерений” устанавливает шумовые характеристики, методы их измерения и допустимые уровни шума автомобилей (мотоциклов) всех образцов, принятых на государственные, межведомственные, ведомственные и периодические контрольные испытания. В качестве основной характеристики внешнего шума принят уровень звука, который не должен превышать для легковых автомобилей и автобусов 85-92 дБ, мотоциклов - 80-86 дБ. Для внутреннего шума приведены ориентировочные значения допустимых уровней звукового давления в октавных полосах частот: уровни звука составляют для легковых автомобилей 80 дБ, кабин или рабочих мест водителей грузовых автомобилей, автобусов - 85 дБ, пассажирских помещений автобусов - 75-80 дБ.
Санитарные нормы допустимого шума обуславливают необходимость разработки технических, архитектурно-планировочных и административных мероприятий, направленных на создание отвечающего гигиеническим требованиям шумового режима, как в городской застройке, так и в зданиях различного назначения, позволяют сохранить здоровье и работоспособность населения.
Снижение городского шума может быть достигнуто в первую очередь за счет уменьшения шумности транспортных средств.
К градостроительным мероприятиям по защите населения от шума относятся: увеличение расстояния между источником шума и защищаемым объектом; применение акустически непрозрачных экранов (откосов, стен и зданий-экранов), специальных шумозащитных полос озеленения; использование различных приемов планировки, рационального размещения микрорайонов. Кроме того, градостроительными мероприятиями являются рациональная застройка магистральных улиц, максимальное озеленение территории микрорайонов и разделительных полос, использование рельефа местности и др.
Существенный защитный эффект достигается в том случае, если жилая застройка размещена на расстоянии не менее 25-30 м от автомагистралей и зоны разрыва озеленены. При замкнутом типе застройки защищенными оказываются только внутриквартальные пространства, а внешние фасады домов попадают в неблагоприятные условия, поэтому подобная застройка автомагистралей нежелательна. Наиболее целесообразна свободная застройка, защищенная от стороны улицы зелеными насаждениями и экранирующими зданиями временного пребывания людей (магазины, столовые, рестораны, ателье и т.п.).
Расположение магистрали в выемке также снижает шум на близрасположенной территории.
Учитель физики рассматривает вопросы отражения звука.
Выступления учащихся: отражение звука, звуколокация.
С явлением отражения звука связано такое известное явление, как эхо. Оно состоит в том, что звук от источника доходит до какого-то препятствия (“препятствие — это и есть граница двух сред!), отражается от него и возвращается к месту, где он возник. И если первичный звук и звук отраженный доходят до слушателя не одновременно, то он слышит звук дважды. Звук может испытать и несколько отражений. Тогда можно услышать звук много раз — отсюда, например, раскаты грома.
Звуколокация. На явлении эхо основан метод определения расстояний до различных предметов и обнаружения их месторасположений. В самом деле, допустим, что некоторым источником звука испущен звуковой сигнал и зафиксирован момент его испускания. Звук встретил какое-то препятствие, отразился от него, вернулся и был принят приемником звука. Если при этом был измерен промежуток времени между моментами испускания и приема, то легко найти и расстояние до препятствия. За измеренное время звук прошел расстояние, равное 2s, где s — расстояние до препятствия. Если скорость звука v известна, то можно написать;
2s=v t
По этой формуле можно найти расстояние до отражателя сигнала. Но ведь надо еще знать, где он находится, в каком направлении от источника сигнал встретил его. Между тем звук распространяется по всем направлениям, и отраженный сигнал мог прийти с разных сторон. Чтобы избежать этой трудности, используют не обычный звук, а ультразвук.
Ультразвуковые волны по своей природе такие же, как звуковые, но они не воспринимаются человеком как звук. Это объясняется тем, что частота колебаний в них больше, чем 20 000 Гц. Такие волны наблюдаются в природе. Есть даже живые существа, способные их испускать и принимать. Ультразвуковые волны и притом большой мощности (большой амплитуды) можно создавать с помощью электрических и магнитных методов.
Главная особенность ультразвуковых волн состоит в том, что их можно сделать направленными, распространяющимися по определенному направлению от источника. Благодаря этому по отражению ультразвука можно не только найти расстояние (скорость ультразвуковых волн такая же, как и обычных), но и узнать, где находится тот предмет, который их отразил. Так можно, например, измерять глубину моря под кораблем.
Учитель биологии. Звуколокаторы (их называют и эхолокаторами) позволяют обнаруживать и определять местоположение различных повреждений в изделиях (пустоты, трещины, посторонние включения). В медицине ультразвук используют для обнаружения различных аномалий в теле больного – опухолей, искажений формы органов или их частей и т. д. Чем короче длина ультразвуковой волны, тем меньше размеры обнаруживаемых деталей. Ультразвук используется также для лечения некоторых болезней.
Ультразвук способны излучать и улавливать некоторые животные, например летучие мыши и дельфины.
Анализ отраженных сигналов, полученных при ультразвуковой локации, помогает этим животным ориентироваться в пространстве в условиях слабой освещенности или отсутствия видимого света и находить пищу.
Работа по таблице: “Экология и гигиена слуха”
| Нарушение и ослабление слуха может быть вызвано | |
| Внутренними изменениями | Внешними изменениями |
| Нарушение передачи импульса в слуховую зону коры | Сильные резкие звуки (взрыв) ведут к разрыву барабанной перепонки |
| Повреждение слухового нерва | Постоянные громкие шумы вызывают потерю эластичности барабанной перепонки |
| Образование “серной пробки” в наружном слуховом проходе | Образование “серной пробки” в наружном слуховом проходе |
| Нарушение передачи звуковых колебании к внутреннему уху | Попадание в наружный слуховой проход насекомых (клещ, оса) может вызвать отек среднего уха и потерю сознания |
Используя таблицу “Экология и гигиена слуха”, учащиеся составляют памятку для младших школьников
Памятка для младших школьников.
1. Пытаться достать посторонние предметы из ушного прохода самостоятельно.
2. Слушать очень громкую музыку.
3. При сильных резких звуках держать рот закрытым.
4. При сильном ветре и минусовой температуре ходить без головного убора.
5.Прокалывать рано и в нескольких местах мочку уха
Учитель информатики Современные компьютеры “умеют” сохранять и воспроизводить звук (речь, музыку и пр.). Вы уже знаете, что представляет собой звуковая волна, знаете, как воспринимает звуковую волну человек. Сейчас вы узнаете, каким образом представляется звук в ЭВМ.
Звук- это волна, синусоида, с периодически чередующимися гребнями и впадинами (рис.1) при этом меняется амплитуда и частота. Частота определяется числом периодов.
(изображение звуковой волны выводится на настенный экран)
Период - один максимум и один минимум волны в секунду. Амплитуда -это интенсивность. Двоичное кодирование звуковой информации заключается в том, чтобы такой волне поставить в соответствие последовательность нулей и единиц.
С начала XX в. велись работы по распознаванию и синтезированию речи. Сначала устройства для этого были, в основном аналоговые, а затем с 60-х гг. начали использовать компьютеры цифро-аналоговый преобразователь, тем самым появилась возможность превращать электрические импульсы в последовательность нулей и единиц и обратно. В 70-е гг. появились первые устройства голосового управления компьютером, музыкальные синтезаторы и возможность создавать и редактировать музыкальные произведения с помощью компьютеров.
Компьютерная звуковая система работает подобно человеческому уху (см. рисунок 2).
Микрофон преобразует нужную звуковую волну в непрерывный (аналоговый) электрический сигнал (см. рисунок 3). Затем он пропускается через аналогово-цифровой преобразователь. В компьютере храниться цифровая запись звука.
Звуковая волна – аналоговый электрический сигнал – АЦП – цифровая запись звука.
Чтобы услышать звук, записанный на компьютере, производится обратное преобразование. С помощью специального математического метода, называемого преобразованием Фурье Приложение 1.ppt, строятся синусоиды, которые преобразуют поток цифр в электронную музыку.
Цифровая запись звука – преобразование Фурье – аналоговый электрический сигнал – звуковая волна.
Чтобы представить аналоговый сигнал в цифровой форме, с него периодически снимают показания, и измеренное в каждый момент напряжение преобразуется в двоичное число. Такой процесс называется дискретизацией, сигнал из непрерывного становится дискретным. Графически этот процесс можно представить как превращение гладкой синусоиды в ступенчатую. Можно измерить высоту каждой “ступеньки” и получить последовательную цифровую запись об уровне громкости в каждый момент времени. Записывается обычно не абсолютная высота, а поставленный ей в соответствие код. Для того чтобы получить сведения о частоте, т.е. высоте звука, “ступеньки” должны быть узкими, т.е. измерения надо проводить как можно чаще. От частоты зависит качество записи и звучания. Чем больше количество измерений производится за одну секунду, тем точнее кодирование.
В настоящее время принята частота дискретизации от 8 до 48 кГц. Качество при частоте 8 кГц соответствует качеству радиотрансляции, 48 кГц – качеству звучания аудио-CD.
Необходимо помнить, что чем выше качество цифрового звук, тем больше информационный объём звукового файла. Можно оценить информационный объём звукового стереофайла длительностью звучания 1 секунду при среднем качестве звука (16 битов, 24000 измерений в секунду). Для этого глубину кодирования необходимо умножить на количество измерений в 1 секунду и умножить на 2( стереозвук):
16 бит*24000*2=768000бит=96000байт=93,75 Кбайт.
3. Закрепление нового материала
Беседа по вопросам
Почему бабочка летит бесшумно, а полёт бабочки слышен?
Как изменится длина звуковой волны при переходе из воздуха в воду?
Что такое шум, чем он отличается от музыкальных инструментов?
Зависит ли скорость звука от скорости движения его источника?
От чего зависит высота звука?
Решение задач по группам.
(учащиеся выполнив задания со своей карточки, начинают выполнять задания со второй карточки и т.д)
1-я группа
1.Определите длину звуковой волны при частоте 200 Гц, если скорость распространения волн равна 340 м/с.
2.Мимо неподвижного наблюдателя прошло 6 гребней волн за 20 с, начиная с первого. Каковы длина волны и период колебаний, если скорость волн 2 м/с?
3. Артиллеристам при стрельбе, взрывникам при взрыве рекомендуется открывать рот. Почему?
4. Ритмические колебания жидкости в улитке уха, возникающие под влиянием музыки, рефлекторно повышают тонус (напряжение) мышцы. Почему под музыку приятно идти, делать гимнастику, танцевать?
5. Оцените информационный объём цифровых звуковых файлов длительностью 10 секунд при глубине кодирования и частоте дискретизации звукового сигнала, обеспечивающих минимальное и максимальное качество звука: а) стерео, 16 битов, 48 000 измерений в секунду.
6. Как частота дискретизации и глубина кодирования влияют на качество звучания?
2-я группа
1. Расстояние между ближайшими гребнями волн в море 10 м. Какова частота ударов волн о корпус лодки, если скорость волн 3 м/с?
2. На каком расстоянии от отвесной скалы находится человек, если, хлопнув в ладоши, он через 1 секунду услышал эхо хлопка?
3. Сильный шум отрицательно влияет на нервную систему, вызывает переутомление, бессонницу, психические заболевания. Какие меры вы можете предложить, чтобы уменьшить воздействие шума на человека
4. В наружном слуховом проходе есть железы, вырабатывающие ушную серу. Какое значение она имеет?
5. Оцените информационный объём цифровых звуковых файлов длительностью 10 секунд при глубине кодирования и частоте дискретизации звукового сигнала, обеспечивающих минимальное и максимальное качество звука: а) стерео, 16 битов, 50 000 измерений в секунду.
6. В чём заключается суть понятия “дискретизация”?
3-я группа
1. Какова скорость звука в материале, в котором звуковые волны с частотой 900 Гц имеют длину волны 5 м?
2.Мимо неподвижного наблюдателя, стоящего на берегу озера, за 6 с прошло четыре гребня волн. Расстояние между первым и третьим гребнями равно
12 м. Определите период колебания частиц воды, скорость распространения волн и их длину.
3. Продолжительный и сильный насморк часто приводит к отиту - воспалению среднего уха. Почему?
4. Слишком громкие звуки или монотонные, действующие продолжительное время, утомляют человека. Как это можно объяснить?
5. Оцените информационный объём цифровых звуковых файлов длительностью 10 секунд при глубине кодирования и частоте дискретизации звукового сигнала, обеспечивающих минимальное и максимальное качество звука: а) стерео, 16 битов, 40 000 измерений в секунду.
6. Что значит преобразовать аналоговый сигнал в цифровую форму?
4-я группа
1. В океанах длина волны достигает 300 м, а период 13,5 с. Определите скорость распространения такой волны.
2. Длина звуковой волны в воздухе для самого низкого мужского голоса достигает 4,3 м, а для самого высокого женского голоса достигает 25 см. Найдите частоту и период колебаний этих голосов.
3. В пластинке, отделяющей внутреннее ухо от среднего, два окна: овальное, его касается стремечко, и круглое. Какое значение имеет круглое окно?
4. Среднее ухо соединено с носоглоткой. Каково положительное и отрицательное значение этой связи?
5. Подумайте, возможно ли закодировать звуковую волну без дискретизации.
4. Итог урока
5. Домашнее задание.
Учитель биологии. Выполните практическую работу “Определение остроты слуха”. Для работы нужны карманные часы, метровая линейка. Источником звука могут служить тикающие часы, метроном, камертон.
Острота слуха - максимальное расстояние от звучащего предмета до исследуемого, при котором звук еще воспринимается.
Положите часы на стол и предложите членам вашей семьи, закрыв одно ухо, отойти как можно дальше, а затем начать медленно приближаться к источнику звука. То расстояние, с которого они впервые услышит тиканье часов, и будет определять остроту слуха для данного уха. Сравните эти данные. Происходит ли изменения с возрастом?
Учитель информатики Подумайте, что необходимо сделать для того, чтобы улучшить качество звука, с учётом того, что вы знаете как представляется звуковая волна в компьютере.
Учитель физики: создать отчет о проведенной конференции.