Звук в окружающем нас мире

Цель урока: систематизировать знания учащихся, полученных при изучении темы:

“Звуковые волны”, выявить уровень усвоения материала, научить учащихся анализировать и сравнивать изучаемое и прочитанное, развить интерес к науке, формировать представления о взаимосвязи, взаимообусловленности явлений окружающего мира, философское осмысление человеческого бытия.

Подготовительная работа

За две недели до объявленной даты проведения урока в классе распределяются роли. Формируется пресс-группа из 5-6 человек, представляющая известные научно-популярные издания, назначаются ученые – специалисты в области акустики, часть из которых являются докладчиками, а остальные учащиеся играют роль ученых, активно работающих на конференции.

В задачу пресс-группы входит координация подготовки, внешнее оформление кабинета, непосредственное проведение конференции и освещение работы конференции в прессе. В состав пресс-группы входят: координатор, который в дальнейшем играет роль ведущего, фоторепортер, художник-оформитель и журналисты.

Ученые-специалисты заранее выбирают тему сообщения из списка, предложенного учителем. Участники конференции, не являющиеся докладчиками, готовят вопросы по заранее известным темам.

Пресс-группа к началу конференции празднично украшает кабинет, на груди участников-визитные карточки с указанием печатного органа, должности и фамилии. На протяжении работы конференции в редакции оформляется газета. Каждый член редакции занят своим делом. Художнику обычно разрешается написать заголовок дома, остальные конспектируют доклады - их необходимо отразить в газете и записывают ответы на вопросы. В конце урока учитель подводит итоги, оценивает качество докладов и выступления, активность слушателей и качество подготовленных вопросов. Поскольку в газете должна быть отражена полная и качественная информация о конференции с тезисами докладов, с фотографиями участников, а эмоциональный подъем обычно бывает столь высок, что начало следующего урока начинается с изучения газеты и обсуждения проведенного мероприятия.

Оформление кабинета

На демонстрационном столе расположены магнитофон, два камертона, гитара, металлическая линейка, звуковой генератор с динамиком. На доске написана тема урока, крылатые выражения по теме конференции, плакаты с высказываниями великих людей. На столах учащихся лежит план проведения конференции и контрольные листы, где пресс-группа делает краткий конспект докладов, а ученые-специалисты, не готовившие доклады, в процессе прослушивания должны записать подготовленные дома вопросы и возможные варианты ответов.

План проведения конференции

Ход урока

Ведущий:

Приветствие участников слета, сообщение темы и порядка работы.

Человек познает мир с помощью звуков. Мы привыкли слышать различные звуки: шорох шагов, скрип дверей, шелест листьев, пение птиц, человеческую речь. Мир наполнен звуками. Они существуют даже там, где нам кажется, их нет. С помощью звука общаются люди, дельфины, рыбы, большинство животных. Очень давно люди научились находить приятные сочетания звуков и на их основе создавать музыкальные мелодии. Что же такое звук? Специалисту в этой области знаний предоставляется слово.

Докладчик №1

Уже в глубокой древности люди научились создавать музыкальные инструменты, издающие ласкающие слух звуки, и заложили основы науки о звуках – акустики.

Звук – это волны определенной частоты, распространяющиеся в упругих средах и воспринимаемые ухом человека и животного. Человек воспринимает колебания с частотой от 16 Гц до 20 кГц. Звук является колебательным явлением. (демонстрируется звучание металлической линейки, зажатой в тиски, звучание той же линейки, если к ней привязать ленту и вращать линейку в воздухе при помощи ленты, звучание струны гитары, камертон с бусинкой, по которому ударили молоточком).

Докладчик № 2

Учащийся рассказывает о возникновении учения о звуке, как о самой древней науке.

Еще Пифагор (6 в. до н. э.) обнаружил связь между высотой слышимого тона и длиной трубы, Аристотель (4 в. до н. э.) понимал, что звучащее тело вызывает сжатия и разрежение воздуха, и объяснил эхо отражением звука от препятствий. Леонардо да Винчи (15-16 в.) исследовал отражение звука. Г. Галилей обнаружил, что звучащее тело испытывает колебания. Скорость звука впервые измерил М. Марсенн. Докладчик упоминает фамилии известных ученых, которые заложили основы в развитие науки о звуке - акустика: Х. Гюйгенс, О. Френель, Т. Юнг, Х. Доплер, Д. Рэллей. (по возможности показывает портреты ученых).

Докладчик № 3

Вибратором, т. е источником звука всегда бывают колеблющиеся тела (напоминает о демонстрациях специалиста №1). Проводником звука может быть любая упругая среда (демонстрируется опыт с будильником, который помещен под колпак с откачанным воздухом). Докладчик рассказывает о диффузорах громкоговорителей и мембранах телефонов, о струнах и деках музыкальных инструментов, о электро-акустических преобразователях. К приемникам звука относится слуховой аппарат человека и животных. Акустические волны воздействуют на барабанную перепонку уха - мембрану, перекрывающую наружный слуховой проход. Ушная раковина и наружный слуховой проход образуют наружное ухо. С помощью элементов среднего уха, барабанной перепонки и трех слуховых косточек: наковальни, молоточка и стремени, акустические колебания передаются во внутреннее ухо, где распространяются по улитке от овального до круглого окна, деформируют волосковые клетки и преобразуются ими в нервные импульсы, идущие по слуховому нерву в мозг. (Свой рассказ выступающий сопровождает показом слайдов).

Далее можно продемонстрировать с помощью звукового генератора, соединенного с осциллографом колебания различной частоты и амплитуды, даваемые разными голосами.

Докладчик №4

Восприятие звуков человеком весьма субъективно. Один и тот же звук воспринимается им в различных условиях по-разному. Легкое покашливание можно не заметить, если это происходит на стадионе во время футбольного матча. Но оно может вызвать раздражение в концертном зале. Восприятие звуков связано с состоянием человека и зависит от многих внешних причин. Есть объективные характеристики звука. К ним относятся частота и амплитуда. Именно они и определяют отличие звуков друг от друга. Важной характеристикой звука является его спектр, полученный в результате разложения звука на простые гармонические колебания. Основная частота определяет при этом воспринимаемую на слух высоту звука, а набор гармонических составляющих – тембр звука. В спектре звука речи имеются форманты - устойчивые группы частотных составляющих, соответствующие определенным фонетическим элементам. Эффект Доплера в акустике – изменение частоты колебаний, воспринимаемой приемником, при движении источника этих колебаний и приемника относительно друг друга. Энергетической характеристикой звуковых колебаний является интенсивность звука, которая зависит от амплитуды звукового давления, а также от свойств самой среды и от формы волны. Интенсивность звука - это величина, определяемая средней по времени энергией, переносимой звуковой волной за 1 с сквозь площадку 1 м², перпендикулярно распространению волны. Субъективной характеристикой звука, связанной с его интенсивностью, является громкость звука, зависящая от амплитуды колебаний и измеряемая в дБ (децибел) (демонстрируется звучание струны и мембраны громкоговорителя).

Наибольшей чувствительностью обладает человеческое ухо в области частот 1-5 кГц.

- Высота тона зависит от частоты колебаний и измеряется в Гц (демонстрируется звучание линейки, зажатой в тиски, при изменении ее длины)

- Скорость звука в разной среде различна.

Докладчик рассказывает о проведенных опытах по определению скорости звука в воздухе, поставленные во Франции в 1822г, сообщает о результатах скорости в воздухе, говорит о зависимости скорости звука от температуры, наличия примесей, водяных паров.

Далее он повествует о скорости звука в воде, упоминая о том, что в 1827 г впервые определил ее ученый Жак Штурм на Женевском озере. Было установлено, что скорость звука в пресной воде - 1435 м/с, а в соленой-1475м/с. Еще быстрее распространяется звук в твердых телах. На сегодняшний день принято считать:

V в возд. = 339-340 м/с;

V в воде = 1500 м/с;

V в твердом теле - до 60 000 м/с.

Данное выступление знакомит учащихся с примерами того, как люди необычным способом могут слышать музыку. Великий композитор Л. Бетховен, когда потерял слух, воспринимал звуки рояля, приставив к нему одним концом трость, другой ее конец он держал в зубах; проводником звука было дерево.

Лет двести назад имя французского композитора Марена Маре было хорошо известно. Особенной известностью пользовался созданный им цикл из 12 сонат, посвященный странностям подагры. Сочиняли музыку от мигрени, бессонницы, от спазмов и колик. Врачи приписывали музыку своим вельможным пациентам не только от болезней, но и от избавления от дурных мыслей, для хорошего настроения. Гулкие удары барабанов нередко сопровождали званые обеды.

Докладчик №5

Как общаются между собой животные? Они общаются с помощью языка запаха, жестов, красок, звуков.

Звуковые коды очень разнообразны. Без преувеличения можно сказать, что сколько есть на Земле животных с голосом, столько существует и языков (звучит запись с голосом разных птиц, лай собак, шипение змей, звуки домашних животных). Голоса собак - это обычный лай, вой, ворчание и визг. Однако эти звуки имеют множество оттенков. Шакалы - большие любители хорового пения. Меньше звуков издает лисица: она тявкает, повизгивает, изредка рычит. Змеи “малоразговорчивы”. Они лишь шипят или свистят. Предупреждающий звук издают гремучие змеи - на конце хвоста у них есть погремушка, которая состоит из роговых конусов.

А умеют ли насекомые издавать звук? Голосового аппарата у насекомых нет, и звуки они издают трением одних частей тела о другие. Майский жук - гудит, комар – пищит, муха - жужжит. Эти звуки образуются при движении их крыльев, и чем чаще насекомое машет крыльями, тем выше получается звук. Муха делает 300-500 взмахов в секунду, комар - свыше 500, а майский жук - 50.

Выражение “нем как рыба” верно или нет? Нет не верно. Рыба издает различные звуки.

У амфибий есть голосовой аппарат, а на горле расположены мешки – резонаторы.

(прослушивается запись голоса лягушки)

Докладчик № 6

Неслышимый звук с частотой ниже 16 Гц называется инфразвуком, выше 20 кГц – ультразвуком, а самые ВЧ упругие волны в диапазоне от 10 ГГц до 10 ТГц – гиперзвуком.

Кроме уха звук можно обнаружить с помощью микрофона. Он позволяет обнаружить и изучить колебания, которые не слышит человеческое ухо.

Ультразвуковые волны имеют малую длину, хорошо распространяются в твердых телах и жидкостях. Впервые они были получены с помощью специального свистка, который использовали браконьеры для приманки собак. Собаки слышат звуки с частотой до 135 кГц. Многие животные слышат и используют ультразвук: летучая мышь, дельфины и киты используют УЗ для “осмотра” окружающих предметов.

Далее учащийся говорит об использовании УЗ в дефектоскопах, в уровнемерах, в медицинской диагностике, об облучении УЗ семян пшеницы для улучшения всхожести, о хранении молока за счет облучения УЗ и т. д. О локации (гидролокаторах, шумопеленгаторах, эхолотах) Вам расскажет следующий докладчик.

Инфразвук порождается колебаниями атмосферы и моря, грозовыми разрядами, взрывами, орудийными выстрелами, сотрясениями и вибрациями различного происхождения. Инфразвук может распространяться на большие расстояния. Это свойство позволяет определять места сильных взрывов, предсказывать цунами, исследовать верхние слои атмосферы.

Инфразвук не воспринимается ухом человека, но он оказывает иногда пагубное, иногда целебное воздействие на организм человека.

Докладчик № 7

Отражение звуковых волн от препятствий относится к числу очень распространенных явлений. Хорошо всем известно эхо, обусловлено отражением звуковых волн от зданий, холмов, леса и т. п. Если до нас доходят звуковые волны, последовательно отразившиеся от ряда препятствий, то получается многократное эхо. Учащийся сообщает о многократном эхо. На реке Рейне, у скалы Лорелея, эхо пистолетного выстрела повторяется 4 раза. В английском замке Вудворт - 17 раз. В зале библиотеки американского города Лос-Анжелеса звук не угасает 20 с.

Методы локации основаны на отражении электромагнитных волн и упругих волн от препятствий. Звуковая локация – это определение направления на объект и расстояния до него по создаваемому им звуковому полю или по отражению от него звука, создаваемого специальными устройствами. Пользуются как импульсными, так и непрерывными источниками звука. При локации в импульсном режиме расстояние до объекта определяется по времени запаздывания отраженного эхо-сигнала.

Локация применяется в диапазоне частот от инфра - до ультразвука при распространении их в воздухе, земле, воде. Инфразвуковые частоты применяются для локализации землетрясений, при сейсморазведке, в системе дальнего обнаружения кораблей, терпящих бедствие в открытом океане. На звуковых и ультразвуковых частотах работают гидролокаторы, шумопеленгаторы и эхолоты. УЗ частотами пользуются в УЗ дефектоскопах, уровнемерах и др. приборах УЗ контроля, а также в медицинской диагностике.

Способностью определять направление источника звука обладают все живые существа в результате бинаурального эффекта. Некоторые животные в процессе эволюции приобрели способность к активной локации. К ним относятся летучие мыши, дельфины и киты, некоторые виды птиц, например птица гуахаро. Обнаружение препятствий по звуковому эхо, в некоторой степени, присуще и человеку: выяснено, что слепые чувствуют приближение к препятствию по отражениям от него звука шагов или ударов тросточки.

Докладчик № 8

Докладчик поднимает вопросы о том, как влияет громкость звука и шумы на самочувствие человека и животного. Важнейшие звуки нормальной человеческой речи лежат в диапазоне от 80 до 600 Гц. Человек может воспринимать ухом в молодости звуки частотой от 20 до 20к Гц, к старости от 20 до 5 кГц. Снижение чувствительности уха зависит не только от возраста, но и от тех нагрузок, которые ему приходится испытывать.

Так, у ткачих, работающих на старых станках, у кузнецов механических кузниц и т. д. снижается чувствительность уха в более раннем возрасте. Значительное ухудшение слуха наблюдается и у подростков, постоянно слушающих громкую музыку с помощью плееров или мощных акустических систем. Очень громкий звук оказывает пагубное влияние не только на слух, но и на нервную систему человека и животных. Шум в лесу нарушает природные сообщества. Поэтому на предприятиях принимаются меры по уменьшению шумов, исходящих от станков и механизмов. При строительстве жилых домов используются звукоизолирующие материалы, в лесных хозяйствах следят за порядком работники лесхоза.

Возможные вопросы к ученым-специалистам:

При полете большинства насекомых издается звук. Чем он вызывается?

Почему полет бабочки бесшумен?

Чем отличается звук, издающийся комаром от шмеля?

Почему, когда звон колоколов Киево-Печерской лавры слышится особенно явственно, жители предсказывают, что скоро наступит ненастье?

Воздух хуже проводит звук, чем стекло и дерево. Почему же тогда при закрытых дверях и окнах шум с улицы менее слышен?

Почему в пустом зрительном зале звук громче “раскатистей”, чем в заполненном публикой ?

Медузы уходят в открытое море перед штормом. Как они узнают о приближении шторма?

Почему так звонко щелкает бич укротителя?

Почему маленькая скрипка звучит громче большой гитары?

Далее, учащиеся сдают листочки с таблицей, которую по ходу выступления заполняли, чтобы учитель мог проанализировать степень усвоения материала.

В конце урока учитель подводит итоги, оценивает качество докладов и выступления, активность слушателей и качество подготовленных вопросов.

Пресс-группа заканчивает оформление газеты, следующий урок начинается с обсуждения газеты и данного мероприятия.

Используемая литература

1. Майоров А. Н. Физика для любознательных или о чем не узнаешь на уроке. Ярославль: “Академия развития”, 1999.
2. Иванов А. И, Минькова Р. Д., Панаиоти Н. И. Физика. 7 класс. – М., 1998.
3. Перельман Н. Занимательная физика
4. Соколова И. И. Рабочая тетрадь по физике. Санкт- Петербург “Паритет”, 2000.