Урок по теме "Звук. Характеристики звука"

Цели:

• Ввести понятие звуковых колебаний, выяснить характеристики и свойства звуковых колебаний.
• Показать единство природы, взаимосвязь физики, биологии, музыки.
• Воспитание бережного отношения к своему здоровью.

Оборудование: компьютер с мультимедиапроектором, камертон, линейка, зажатая в тисках, звуковой генератор.

Приложение

План урока.

1. Орг. Момент
2. Изучение нового материала.
3. Дом. Задание.

Человек живет в мире звуков. Что же такое звук? Как он возникает? Чем один звук отличается от другого? Сегодня на уроке мы с вами попробуем ответить на эти и многие другие вопросы, связанные со звуковыми явлениями.

Раздел физики, изучающий звуковые явления называется акустикой.

Упругие волны, способные вызвать у человека слуховые ощущения называются звуковыми.

Человеческое ухо способно воспринимать механические колебания, происходящие с частотой от 20 до 20000 Гц. (Демонстрация на звуковом генераторе волн с частотой от 20 до 20000 Гц)

Любое колеблющееся со звуковой частотой является источником звука. Но источниками звука могут не только колеблющиеся тела: полет пули в воздухе, сопровождается свистом, бурное течение воды – шумом.

Сам факт выделения из достаточно большого набора частот, называемых звуковыми, связан со свойством слуха человека воспринимать именно эти волны.

Различные живые существа имеют различные границы восприятия звука.

 

Все источники звука можно разделить на естественные и искусственные.

(демонстрации: звучание камертона и линейки зажатой между тисками.)

Рассмотрим свойства звука.

1. Звук это продольная волна.
2. Распространяется звук в упругих средах (воздух, вода, различные металлы)
3. Звук имеет конечную скорость.

Давайте прослушаем сообщение о том, как были определены скорость звука в воде и других веществах.

(Сообщение учащихся)

Проверь себя.

1. Часы установлены по звуку сигнала от удаленного радиоприемника. В каком случае часы будут установлены более точно: летом или зимой?
   (Летом, так как скорость звука в воздухе увеличивается с температурой)
2. Могут ли космонавты при выходе в открытый космос общаться между собой при помощи звуковой речи?
   (На расстоянии нет, т.к. в космическом вакууме нет условий для распространения звуковых волн. Однако если космонавты соприкоснутся шлемами скафандров, они могут услышать друг друга.)
3. Почему столбы линий электропередач гудят при ветре?
   (При ветре провода совершают хаотические колебательные движения, воздействуя на изоляторы, укрепленные на столбах. В столбах возбуждаются стоячие звуковые волны.)

Характеристики звука.

1. Громкость звука.
2. Высота звука
3. Тембр звука.

Громкость звука – характеристика амплитуды звуковой волны.
(показать эксперимент с камертоном и генератором )

Громкость звука зависит от амплитуды колебаний: чем больше амплитуда, тем громче звук.

Но если бы мы сравнивали звуки различных частот, то кроме амплитуды нам пришлось бы еще сравнивать и их частоты. При одинаковых амплитудах как более громкие мы воспринимаем частоты, которых лежат в пределах от 1000 до 5000 Гц.

Единица громкости звука называется сон.

В практических задачах громкость звука принято характеризовать уровнем громкости, измеряемым в фонах, или уровнем звукового давления, измеряемых в белах (Б) или децибелах (дБ), составляющих десятую часть бела.

Тихий шепот, шелест листвы — 20 дБ

Обычная речь — 60 дБ

Рок-концерт — 120 дБ

При увеличении громкости на 10дБ интенсивность звука увеличивается в 10 раз.

Задача: Рассчитайте во сколько раз интенсивность звука на рок -концерте больше обычной речи?

(1000000 раз)

Громкость, равную 120 дБ, называют болевым порогом. При длительном воздействии такого звука происходит необратимое ухудшение слуха: человек, привыкший к рок - концертам уже никогда не услышит тихий шепот или шелест листьев.

Высота звука – характеристика частоты звуковой волны, чем больше частота колебаний источника звука, тем выше издаваемый им звук.

Кто в полете быстрее машет крыльями – муха, шмель или комар?

Частота колебаний крыльев насекомых и птиц в полете, Гц

Каких птиц и насекомых мы слышим, а каких нет?

У какого насекомого самый высокий звук? (У комара)

Частота звуковых колебаний, соответствующих человеческому голосу, составляет от 80 до 1400 Гц.

Частотный диапазон голосов певцов и певиц

При увеличении частоты в 2 раза звук повышается на октаву – именно из этих соображений и была выбрана октава. Каждая октава делится на 12 интервалов в полтона каждая.

Тембр звука определяется формой звуковых колебаний.

Мы знаем, что ветви камертона совершают гармонические (синусоидальные) колебания. Таким колебаниям присуща только одна строго определенная частота. Гармонические колебания являются самым простым видом колебаний. Звук камертона является чистым тоном.

Чистым тоном называется звук источника, совершающего гармонические колебания одной частоты.

Звуки от других источников (например, звуки различных музыкальных инструментов, голоса людей, звук сирены и многие другие) представляют собой совокупность гармонических колебаний разных частот, т. е. совокупность чистых тонов.

Самая низкая (т. е. самая малая) частота такого сложного звука называется основной частотой, а соответствующий ей звук определенной высоты — основным тоном (иногда его называют просто тоном). Высота сложного звука определяется именно высотой его основного тона.

Все остальные тоны сложного звука называются обертонами. Частоты всех обертонов данного звука в целое число раз больше частоты его основного тона (поэтому их называют также высшими гармоническими тонами).

Обертоны определяют тембр звука, т. е. такое его качество, которое позволяет нам отличать звуки одних источников от звуков других. Например, мы легко отличаем звук рояля от звука скрипки даже в том случае, если эти звуки имеют одинаковую высоту, т.е. одну и ту же частоту основного тона. Отличие этих звуков обусловлено разным набором обертонов (совокупность обертонов различных источников может отличаться количеством обертонов, их амплитудами, сдвигом фаз между ними, спектром частот).

Проверь себя.

1. Как по звуку можно отличить работает дрель вхолостую или под нагрузкой?
2. Чем музыкальные звуки отличаются от шума?
   (Шум отличается от музыкального тона тем, что ему не соответствует какая-либо определенная высота звука. В шуме присутствуют колебания всевозможных частот и амплитуд.)
3. Проекция скорости одной из точек звучащей струны виолончели меняется со временем так, как показано на графике. Определите частоту колебаний проекции скорости.

 

Человек обладает таким уникальным органом как ухо – приемник звука. Давайте рассмотрим, как человек слышит.

Звуковые волны, распространяющиеся в воздухе, проделывают сложный путь, прежде чем мы воспримем их. Сначала они проникают в ушную раковину и заставляют вибрировать барабанную перепонку, замыкающую наружный слуховой проход. Слуховые косточки доносят эти колебания до овального окна внутреннего уха. Пленка, которая закрывает окно, передает вибрации, заполняющей улитку жидкости. Наконец колебания достигают слуховых клеток внутреннего уха. Головной мозг воспринимает эти сигналы и распознает шумы, звуки, музыку, речь.

Голос человека характеризуется многими характеристиками: тоновый диапазон, громкость, тембр.

Одна из важнейших характеристик голоса его тембр, т.е. набор спектральных линий, среди которых можно вы делить пики, состоящие из нескольких обертонов,— так называемые форманты. Именно форманты определяют секрет индивидуального звучания голоса и позволяют распознавать речевые звуки, так как у разных людей форманты даже одного и того же звука отличаются по частоте, ширине и интенсивности. Тембр голоса строго индивидуален, поскольку в процессе звукообразования важную роль играют специфические для каждого индивидуума резонаторные полости глотки, носа, околоносовых пазух и т.д. Неповторимость человеческого голоса можно сравнить лишь с неповторимостью узора отпечатков пальцев. Во многих странах мир, магнитофонная запись человеческого голоса считается неоспоримым юридическим документом, подделать который не возможно

Спектры голосов певцов отличаются от спектра голос обычного человека: в них сильно выражена высокая певческая форманта, т.е. обертоны с частотами 2500—3000 Гц, придающие голосу звонкий оттенок. У выдающихся певцов они составляют в спектре до 35 и более процентов (рис. слева), в то время как у опытных — 15—30%, а у начинающих — 3—5% (рис., справа).

Принято выделять три разновидности голосов для обоих полов: у мужчин — бас, баритон, тенор; у женщин — альт, меццо-сопрано и сопрано. Это разделение является в большей степени искусственным: оно не учитывает большое количество “промежуточных” голосов, так как пока нет объективного метода оценки качества голоса из-за безграничного сочетания его свойств.

Рассматривая звуковые колебания нельзя не обратить, внимание на влияние шумов на организм человека.

Длительное воздействие шумов на человека приводит к повреждению центральной нервной системы, повышению кровяного и внутричерепного давления, нарушению нормальной работы сердца, головокружению. Вредное воздействие сильных шумов на человека было замечено давно. Еще 2000 лет назад в Китае в качестве наказания заключенные подвергались непрерывному воздействию звуков флейт, барабанов и крикунов, пока не падали замертво. При мощности шума 3 кВт и частоте 800 Гц нарушается способность глаза к фокусировке. Мощность шума 5-8кВт дезорганизует работу скелетной мускулатуры, вызывает паралич, потерю памяти. Мощность шума около 200кВт приводит к смерти. Поэтому в больших городах запрещено использование резких и громких сигналов. Значительно снижают шумы деревья, кустарники, которые их поглощают. Поэтому вдоль дорог с интенсивным автомобильным движением необходимы зеленые насаждения. Тишина значительно повышает остроту слуха.

Д/З §34-38 упр. 31(1), упр.32 (2,3) практическое задание: определение зависимости высоты тона от частоты колебаний, используя кусочек резиновой нити.

Закончить урок мне хочется вот такими словами. У Н. Рериха есть картина, названная им “Человеческие праотцы”. Юный пастушок играет на свирели, и со всех сторон сходятся к нему большие бурые медведи. Что влечет их? Музыка? Легенда говорит, что предками некоторых славянских племен были медведи. Думается, идут они услышать самую чудесную музыку на свете – голос доброго человеческого сердца.

Литература:

1. А. В. Перышкин, Е. М. Гутник Физика 9 класс Дрофа 2003г.
2. С. В. Громов, Н. А. Родина Физика 8 класс М. Просвещение 2001г.
3. В. Н. Мощанский Физика 9 класс М. Просвещение 1994г.
4. А. В. Аганов, Р.К. Сафиуллин, А. И. Скворцов, Д.А. Таюрский Физика вокруг нас. Качественные задачи по физике.М. Дом педагогики 1998 г.
5. С. А. Чандаева Физика и человек.М. АО Аспект Пресс 1994 г.
6. Естествознание в школе № 1 2004 г