Звук: восприятие и передача

Оборудование.

Таблица “Орган слуха”, модель “0рган слуха”, самодельные таблицы “Источник звука”, “Приемник звука”, “Шумы”, “Диапазон слышимости”. Генератор, камертон, камертон с резонаторным ящиком, микрофон, осциллограф, магнитофон (запись с планеты Земля).

Цели урока:

1. Развивающие цели.

• Развивать у школьников логическое мышление, рассматривать звук, его источники, восприятию и передачу с точки зрения биологии, физики, астрономии, географии, биологии и экологии.
• Формирование у детей целостности естественно-научной картины мира.
• Развивать волю и самостоятельность. Развивать умение владеть собой: уверенность в своих силах, умение преодолевать трудности в учении естествознания.
• Формировать интеллектуальные умения: умения анализировать, сопоставлять органы слуха с микрофоном.

2. Образовательные цели.

• Обеспечить усвоение учащимися основ науки.
• Обобщить и закрепить, систематизировать ранее полученные знания по предметам биологии, физики, астрономии, химии, экологии, географии.
• Формировать навыки работы с игровыми элементами, видеофрагментами, иллюстративными материалами.
• Формировать культуру здоровья на уроках биологии.
• Формировать целостное представление о природе и человеке, как важный компонент природы и как разумном существе, воздействующей на природу.

3. Воспитательные цели.

• Воспитывать самостоятельного, свободного человека, имеющее чувственное восприятие природы, владеющего различными способами познания.
• Воспитать экологическую культуру и мышление учащихся.

Тип урока: изучение нового материала.

Вид урока: комбинированный урок.

Средства обучения: компьютер, проектор, мультимедиа- средств обучения, слайды с иллюстрациями, терминами, понятиями, опытами, демонстрациями на видео.

Презентация

План урока: (слайд -2)

Ход урока

I. Организационный момент.

II. Актуализация знаний.

Еще Г. Гельмгольц считал, что фотокамера представляет модель человеческого глаза. Найдите аналогичные образования в глазу и в фотокамере и соедините их линиями.

III. Изучение нового материала.

1. Характеристика планеты Земли.

Земля – голубая планета, ее форма – эллипсоид вращения, а точнее – кардиоида. Средний радиус R= 6400 км, масса планеты m=6* 10²⁴ кг. (слайд-3). В этом мире есть краски и звуки, но самое главное – Земле есть разумная жизнь.

(6 слайд).

Включается магнитофон: голоса, пение птиц, лай собак. Сегодня мы остановимся только на одном вопросе: “Звук: какова его природа, способы приема и передачи?”

Человек живет в мире звуков: пение птиц, звуки музыки, шум леса, транспорта, …

2. Что же является источником звука?

Источниками звука являются колеблющиеся тела, докажем это на опыте. Соберем установку, изображенную на слайде.

Демонстрация: С Земли мы привезли камертон – устройство, представляющее собой изогнутый металлический стержень на ножке (рисунок 1). Если ударить по ножке камертона молоточком, то мы услышим звук, который издает колеблющийся стержень. Звук негромок, так как площадь поверхности ветвей стержня мала. Для усиления звука ножку камертона укрепляют на деревянном ящике, подобранном так, чтобы частота его собственных колебаний совпадала с частотой колебания камертона. Возникает резонанс, стенки ящика начинают интенсивно колебаться с частотой камертона, и звук становится громче. Ящик называют резонатором (слайд). У лягушки резонатор какую функцию выполняет?

Колебания звучащего камертона можно наблюдать иным способом. Для этого к одной ветви камертона прикрепим иголку и быстро проведем ее острием по закопченной стеклянной пластинке. Если камертон не звучал, на пластинке увидим прямую линию (рисунок 2). Звучащий же камертон оставляет на пластинке след в виде волнистой линии. Одно полное колебание соответствует одному выступу и одной впадине этой линии (рисунок 2) (слайд-4).

Выводы из опыта: Любой источник звука обязательно колеблется (чаще всего эти колебания незаметны для глаза).

3. Рассмотрим теперь, как распространяется звук.

Пояснение учащихся: колеблющийся поршень – диффузор, толкая молекулы воздуха, создает области сгущения и разрежения. Направления распространения звука и движения молекул воздуха совпадают, поэтому звук - продольная волна.

Волны-возмущения, распространяющиеся в какой-либо среде или пространстве с течением времени (слайд-5). Наиболее важные и часто встречающиеся виды волн – упругие волны, волны на поверхности жидкости и электромагнитные волны.

4. Что является проводником звука?

Вывод учащихся из опыта: для распространения звука нужна упругая среда, как воздух. На Луне нет атмосферы, поэтому там нет и звуков – это мир безмолвия. Упругие тела – хорошие проводники звука. Большинство металлов, дерево, газы, а также жидкости являются упругими телами и поэтому хорошо проводят звук.

Звук может распространяться в жидкой и твердой среде. Высвечивается таблица “Скорость звука в различных средах” из учебника физики, стр. 125 (слайд- 7)

Скорость звука в различных средах, м/с (при t=20 C)

Вода 1483	Дерево (ель) 5000
Свинец 2160	Сталь 5000-6100
Медь 4700	Стекло 5500

Из таблицы видно, что в металле скорости распространения звуковых волн больше, чем в жидкостях, а в жидкостях больше, чем газах. Поэтому под водой хорошо слышны звуки гребных винтов, удары камней… Рыбы слышат шаги и голоса людей на берегу, это хорошо известно рыболовам. Звук движущего поезда можно услышать, если приложить ухо к рельсам, так как по ним звук распространяется лучше, чем по воздуху. Прикладывая ухо к земле, можно услышать топот скачущей лошади.

Выводы учащихся:

1. Источником звука являются колеблющиеся тела.
2. Звук распространяется по упругой среде.
3. Мягкие и пористые тела - плохие проводники звука.
4. В безвоздушном пространстве звук распространяться не может.
5. Громкость звука зависит от площади поверхностей колеблющихся тел.

5. Люди общаются с помощью речи - модулированных звуковых колебаний. Рассмотрим, как устроен источник звука у человека (слайд-8).

Звук возникает при прохождении воздуха через голосовые связки, которые находятся между хрящами гортани и образованы складками слизистой (объяснение идет по таблице). Пространство между голосовыми связками называют голосовой щелью. Когда земляне молчат, голосовые связки расходятся и голосовая щель имеет вид равнобедренного треугольника. При разговоре, пении голосовые связки смыкаются. Выдыхаемый воздух давит на складки, они начинают колебаться – рождается звук. При шепоте они сомкнуты полностью. Голосовыми связками управляет головной мозг, посылая по нервам соответствующие сигналы.

Высота голоса человека связана с длиной голосовых связок: чем короче голосовые связки, тем больше частота их колебаний и тем выше голос. У женского пола голосовые связки короче, чем у мужских особей, поэтому женский голос выше. Голосовые связки могут совершать от 80 – 10 000 колебаний в секунду. Окончательное формирование звука происходит в полостях носоглотки – своеобразных резонаторах.

6. Как звук воспринимается?

- Мы знаем, что источником звука является колеблющееся тело и что звук распространяется в упругой среде. А теперь выясним, как звук воспринимается.

Приемником звука может быть микрофон. Микрофон преобразует звуковые механические колебания в электрические. Улавливаемые сигналы слабы и преобразуемая микрофоном энергия очень мала. Поэтому электрические сигналы микрофона усиливают.

- Приемником звука является у землян слуховой аппарат, или орган слуха. Между звучащим телом (источником звука) и ухом (приемником звука) находится вещество, передающее звуковые колебания от источника к приемнику. Чаще всего таким веществом оказывается воздух.

Орган слуха у землян состоит из трех отделов: наружного уха, среднего уха, и внутреннего уха. Наружное ухо образуется ушной раковиной, наружным слуховым проходом и барабанной перепонкой. Его функция – улавливание звука и его проведение. Среднее ухо представлено заполненной воздухом камерой с объемом 1-2 мл. В этой камере имеются три подвижные друг с другом косточки: молоточек, наковальня, и стремечко. Молоточек соединен с барабанной перепонкой, а стремечко через овальное окошко с внутренним ухом. Среднее ухо через евстахиевою трубу соединяется с носоглоткой. При резких перепадах давления (взлет и посадка самолета, подъем подводной лодки) рекомендуется разговаривать, открыть рот, совершать глотательные движения, так как при этом открывается евстахиева труба, и давление на барабанную перепонку с обеих сторон выравнивается (слайд -9).

Внутреннее ухо находится в толще височной кости (слайд-10), внутри которого находится перепончатый лабиринт. Внутреннее ухо заполнено жидкостью. В его состав входят три полукружных канала – это вестибулярный аппарат, не имеющий отношения к восприятию звука, и улитка, имеющая вид спирального канала. Вдоль улиткового канала тянется основная мембрана, поперек которой наподобие лестницы натянуты волокна. На этих волокнах расположены клетки цилиндрического эпителия, которые образуют кортиев орган. На эпителиальных клетках оканчиваются чувствительные волокна слухового нерва. В улитке звуковая энергия преобразуется в энергию нервных импульсов, которая по слуховому нерву передается в слуховой центр, находящийся в височной доле коры больших полушарий головного мозга.

Принцип действия его такой же, как и у микрофона.

7. Как происходит передача звука?

Звуковые колебания воздуха вызывают колебания барабанной перепонки, соответствующей мембране микрофона, и через слуховые косточки передаются к внутреннему уху, где вызывают колебания жидкости, заполняющей канал улитки. При этом начинают колебаться волокна основной мембраны и так называемые волосковые клетки кортиева органа. При каждом подъеме они волосками упираются в покровную мембрану, волоски при этом сгибаются, мембранный потенциал клеток изменяется и в нервных волокнах возникает возбуждение (слайд-11).

Головной мозг постоянно обрабатывает поступающие импульсы, в результате чего создаются звуковые ощущения.

8. Экология слуха.

На приемник звука человека отрицательное влияние оказывает шум. Шум- это звук любого рода, воспринимаемый как неприятный, мешающий или даже вызывающий болезненные ощущения. Характерные примеры шума - свист, треск, шипение. (Рассказ сопровождается звуковыми шумами).

Под постоянными резкими ударами звуковых волн барабанная перепонка колеблется большой амплитудой. Из-за этого она постепенно теряет свою эластичность, и у землян притупляется слух. Помимо этого через орган слуха шум действует на центральную нервную систему. И может вызвать разнообразные физиологические (усиленное сердцебиение, повышение давления) и психические нарушения (ослабление внимания, нервозность). Длительное воздействие шума является одним из факторов, способствующих развитию язв и даже инфекционных заболеваний. Вследствие этого сокращается продолжительность жизни землян и уменьшается генофонд человечества.

Как правило, шум нас раздражает: мешает работать, отдыхать, думать. Но шум может действовать и успокаивающе. Такое влияние на человека оказывают, например, шелест листьев, рокот морского прибоя. (Рассказ сопровождается записями звуков).

Что такое шум? Под ним понимают беспорядочные сложные колебания различной физической природы.

Шумовое загрязнения окружающей среды все время растет.

9. Количественная характеристика звука. Слайд-12.

Шум - один из видов звука, правда, его часто называют “нежелательным звуком”. Человек слышит звуки с частотой колебаний в пределах 16-20 000 Гц. При распространении звуковой волны, стоящей из сгущений и разрежений воздуха, давление на барабанную перепонку меняется. Единицей измерения давления является 1Н/м², а единицей мощности звука - 1Вт/ м².

Минимальную громкость звука, которую человек воспринимает, называют порогом слышимости. У разных людей он различен, и поэтому условно за порог слышимости принято считать звуковое давление, равное 2* 10^-5 Н/м² , при 1000 Гц, соответствующее мощности 10^-12 Вт/ м². Именно с этими величинами сравнивают измеряемый звук.

Единица громкости называется Белом - по имени изобретателя телефона А.Бела (1847-1922). Громкость измеряют в децибелах: 1дБ= 1,1 Б (Бел).

Восприятие звука не только зависит не только от его количественных характеристик (давление и мощность). Но и от его качества- частоты. Один и тот же по силе звук на разных частотах отличается по громкости. Некоторые люди не слышат звуков высокой частоты. Так, у пожилых людей верхняя граница восприятия звука понижается до 6000 Гц. Они не слышат, например, писка комара, которые издают звуки с частотой около 20 000 Гц

Рассмотрим таблицу “Шум”. На ней представлены различные источники шума. Звуки в пределах от 0 до 80 дБ приятны для восприятия и отрицательных эмоций не вызывают. (Включается магнитофонная запись: пение птиц, приятная музыка, шепот…)

Если громкость превышает 80 дБ, шум вредно влияет на здоровье: повышает кровяное давление, вызывает нарушение ритма сердца, а продолжительное воздействие интенсивного шума ведет к глухоте.

Очень сильный звук (с громкостью выше 180 дБ) в состоянии даже вызвать разрыв барабанной перепонки. С шумом необходимо бороться. Умение соблюдать тишину – показатель культуры человека и его доброго отношения к окружающим. Тишина нужна землянам так же, как солнце и свежий воздух.

10. Шумовое загрязнения в городе Набережные Челны.

В нашем городе основным источником шума является автомобильный транспорт. У нас нет заводов, фабрик. Источниками шума в жилых и общественных помещениях являются, в первую очередь, жизнедеятельность людей (разговор, крики, игра на музыкальных инструментах, ходьба, передвижение мебели) и связанная с ней работа радио- и телеприемников, магнитофонов, электромеханических бытовых приборов, а также эксплуатация санитарно-технического оборудования.

Экология и гигиена слуха (рассказ по слайду -13).

Нарушение и ослабление слуха может быть вызвано:

1. Внутренними изменениями (по таблице)

• Повреждение слухового нерва —> нарушение передачи импульса в слуховую зону коры.
• Образование “серной пробки”в наружном слуховом проходе  —> нарушение передачи звуковых колебаний к  внутреннему уху.

2. Внешними факторами (слайд-14)

Нельзя: (слайд-15)

• Слушать очень громкую музыку.
• При сильных, резких звуках держать рот открытым.
• При сильном ветре и минусовой температуре ходить без головного убора.
• Пытаться достать посторенние предметы из ушного прохода самостоятельно.

IV. Заключение.

Но и абсолютная тишина угнетает человека. В полной тишине, например в сурдокамере, сразу начинают беспокоить звуки и шорохи, в обычных условиях остающиеся незамеченными, - удары сердца, пульса, дыхание и даже шорох ресниц. Эти обычно неслышимые звуки в условиях абсолютной тишины воспринимаются человеком с такой интенсивностью, что у лиц, долгое время находившихся в сурдокамере, могут стать причиной серьезных психических расстройств. Как видим, природа шума двойственна: он вреден и необходим одновременно. Потому, говоря о борьбе с шумом, нужно помнить, что речь идет не обо всех звуках вообще, а лишь о нежелательных, раздражающих, вредно влияющих на организм. Установлено, например, что люди умственного труда, люди с развитой чувствительностью (ученые, представители творческих профессий) ощущают воздействие шума острее, чем представители других форм занятости. Поэтому, с субъективной точки зрения, шум можно определить как всякий нежелательный, мешающий, вредный звук.

Особенно вредны шумы резкие, нестабильные, неожиданные, неритмично повторяющиеся. Люди живут в мире звуков. Звук - механическая волна. Человеческим приемником звука - ухом – как звуки воспринимаются только волны частотой от 16 до 20 000 Гц. Голосом люди могут передавать не только информацию, но и чувства, настроение: радость, гнев, угрозу, насмешку.

V. Домашняя работа: Слайд-16, 17.

• 1 уровень (по программе): Работа по учебнику.
• 2 уровень (полутворческий уровень):

Ответить на следующие вопросы:

1. Зачем при проверке колес вагонов во время стоянки поезда простукивают молоточком?
2. Как Вы считаете, будут ли восприниматься звуковые волны из окружающей среды человеком, если повреждена какая-либо часть слухового анализатора (ответ обоснуйте)?
3. Как Вы считаете, каким образом происходит передача звуковых колебаний из окружающей среды к слуховым рецепторам у землян?
4. Частота колебаний крыльев колибри равна 35-50Гц. Будет ли слышен полет колибри?
5. Два человека прислушиваются, надеясь услышать шум приближающегося поезда. Один из них приложил ухо к рельсам, другой - нет. Кто из них раньше узнает о приближении поезда и почему?

• 3 уровень. Найдите аналогичные образования в строении микрофона и органа слуха.

Сравните строение микрофона и органа слуха (слайд-18).

Презентация

ЛИТЕРАТУРА (слайд-19-20)

1. Резанова Е.А., Антонова И.П. Биология человека в таблицах, рисунках и схемах.– М..: Издат - школа,1998.
2. Перевод с англ. О.В. Ивановой. Анатомия человека. Как работает ваше тело. - М.: ООО ТД “Издательство Мир книги”, 2007.- 80-83 с., ил.
3. Перышкин А.В., Гутник Е.,М. Физика, 9 класс. - М.: Дрофа, 2001.
4. Мангутова Л.А.,Зефирова Т. П. Популярная экология. – Казань: Экологический фонд Республики Татарстан, 1997.
5. Цузмет А.М., Петришина О.Л., Биология. Человек и его здоровье. 9 класс. - М.: Просвещение, 1990.
6. Сонин Н.И., Сапин М. Р. Биология. Человек. 8 класс. – М.: Дрофа, 2001.
7. Сапин М.Р., Билич Г. Л. Анатомия человека.- М.: Высшая школа, 1989.
8. Бордовский Г.А. Физические основы естествознания. - М.: Дрофа, 2004.
9. Богданова Т.Л., Солодова Е. А. Биология. Справочник для старшеклассников и поступающих в ВУЗы. – М.: АСТ – ПРЕСС ШКОЛА, 2004.
10. Добреньков Г.А. Мировоззренческие функции физической химии // Химия и мировоззрение / Отв. ред. Ю.А. Овчинников. – М.: Наука. – 1986.
11. Кузьменко Н.Е., Еремин В.В, Начала химии. – М.: Экзамен, 2001.
12. Кутьина И.В. Формирование научного мировоззрения. Взаимосвязь физики, химии, биологии. // Биология. Еженедельное приложение к газете “Первое сентября”. – 1998. – № 1-10.
13. Ожерельев Д.И. Формирование научного мировоззрения в преподавании химии. – М.: Высшая школа, 1982.
14. Чернова Н.М. Экология. - М.: Просвещение, 1988.
15. Рэймерс Н.П. Охрана природы и окружающей человека среды. - М.: Просвещение, 1992.