Задачи: познакомить учащихся с особенностями строения и функциями слухового анализатора; научить понимать механизм восприятия звуковых волн; обосновать необходимость соблюдения правил гигиены слуха; продолжить формирование навыков решения задач и работы с дополнительной информацией при подготовке сообщений на заданную тему.
Оборудование: таблицы “Анализатор слуха”, “Скорость распространения волн в различных средах”; модель уха; музыкальные инструменты (флейта, гитара); генератор звуковых колебаний; усилитель; колонка динамическая; линейка, один конец которой прижат к столу; растянутая резинка; колокольчик; свисток; камертон и бусинка на нити, закрепленная на штативе, ПЭВМ в комплекте с интерактивной доской.
Вступительное слово учителя: Кажется, совсем не нужно пояснять, что такое звук. Мир, окружающий нас, наполнен различными звуками:
(Звучит музыкальный фрагмент)
Все это звуки и мы их слышим: звук колокола, пение птиц, звуки волынки и клавесина, шум прибоя и крики чаек. Звук, как физическое явление, существует на Земле помимо человека. Природа щедра, но ничего она не делает даром, без нужды. И если почти всем животным она подарила способность воспринимать звуки, значит им это было необходимо, чтобы выжить. Сегодня на уроке мы узнаем:
— Что такое звук?
— Как он возникает?
— Чем одни звуки отличаются от других?
— Какое значение они имеют в жизни человека?
Тема урока: Звук. Звуковые явления. Слуховой анализатор
(Ученики записывают в тетради)
Учитель: Первое понятие, природу которого нам предстоит раскрыть с физической точки зрения – ЗВУК; (на интерактивной доске открывается табличка: ЗВУК)
Раздел физики, изучающий звук и его взаимодействие с веществом, называется АКУСТИКОЙ (от греч. akustikos – слуховой); (на интерактивной доске открывается табличка: АКУСТИКА)
Акустика возникла в глубокой древности как учение о звуках, воспринимаемых человеческим ухом. Может ли кто из вас сказать, употребляем ли мы это слово в повседневной жизни, и какой смысл в него вкладываем?
Ответ: Да. В повседневной жизни это слово мы употребляем чаще всего для характеристики звуковых условий какого-либо помещения: театрального или концертного залов. Хорошая акустика – значит, голоса артистов слышны в любом уголке зала ясно и без искажений.
Учитель: Правильно, Однако, само определение акустики очень емко, и охватывает множество разнообразных областей исследования.
Физиологическая акустика, предметом изучения которой является сам орган слуха, его устройство и действие.
Архитектурная акустика изучает распространение звуков в помещениях.
Музыкальная акустика исследует музыкальные инструменты и условия их наилучшего звучания.
Физическая акустика занимается изучением самих звуковых колебаний.
Оптоакустика изучает возможности передачи звуков с помощью световых волн.
И с каждым днем акустика все шире раскрывает свои возможности.
Что может быть источником звука?
(Демонстрации: линейка, один конец которой прижат к столу; растянутая резинка; колокольчик; свисток; камертон и бусинка на нити, закрепленная на штативе)
Ответ: источником звука являются колеблющиеся тела, а также голосовые связки человека.
Учитель: Как же распространяется звук? Как звук от источника доходит до нас?
Ответ: Звук от источника доходит до нас через воздух, который разделяет наше ухо и источник звука. А так как источником звука является колеблющееся тело, то оно создает в пространстве попеременные сжатия и разрежения воздуха, и возникают упругие волны. Значит можно сделать вывод, что звук распространяется в виде волн.
Учитель: Что вы уже знаете о видах волн?
Ответ: Волны различают двух видов: продольные и поперечные.
Учитель: Как вы думаете, звуковые волны продольные или поперечные?
Ответ: Продольные, так как в воздухе могут распространяться только продольные волны.
Учитель: Распространяются ли звуковые волны в жидких и твердых телах? Приведите примеры.
Ответ: Распространяются, так как, опустив голову под воду, мы можем слышать звуки. Подводники, в случае аварии, подают сигнал SOS, ударяя по корпусу лодки. А так же, если постучать по батарее в квартире, то удары будут слышны соседям сверху и снизу. Приложив голову к рельсу, можно услышать шум приближающегося поезда.
Учитель: В твердых телах могут распространяться как продольные звуковые волны, так и поперечные, но скорость продольных волн гораздо больше скорости поперечных волн. А может ли звук сильного взрыва на Луне, например, столкновения с космическим телом, быть слышен на Земле?
Ответ: Нет. Для распространения звуковых волн нужна упругая среда, например, воздух. На Луне нет атмосферы, поэтому там нет и звуков – это мир безмолвия.
Учитель: Всем хорошо известна песня: “ Темная ночь, только пули свистят по степи. Только ветер гудит в проводах...” Почему пули свистят в полете? Также мы слышим свист, сопровождающий полет стрелы, выпущенной из лука?
Ответ: Стремительно несущееся в воздухе или воде тело как бы разрывает обтекающий его поток, порождая в среде области разрежения и сжатия. В результате возникает звуковая волна, и мы ее слышим.
Учитель: Итак, какой вывод вы можете сделать? Что же такое звук?
Ответ: Звук – это продольная волна, распространяющаяся в среде. Источником звуковых волн являются колеблющиеся тела.
Учитель: Что же является приемником звука?
Ответ: Ухо человека, органы слуха у животных, микрофон.
Учитель: Слух представляет собой функцию организма, которая неразрывно связана по своему происхождению со звуком. Именно благодаря развитию и совершенствованию органов слуха у животных расширялись способности восприятия звуковых сигналов. Постепенно звуки стали восприниматься не только как сигнал опасности, но и как средство общения между особями одного или разных биологических видов.
Если человеческий голос довольно слаб, то человеческое ухо с лихвой компенсирует этот недостаток: оно обладает поразительной способностью воспринимать и очень слабые звуки, и в тоже время без особого вреда для себя переносить чудовищные раскаты грома. Как устроен этот замечательный прибор? Слово биологам.
Учитель: Орган слуха состоит из наружного, среднего и внутреннего уха. К наружному уху относятся слуховая раковина и наружный слуховой проход. Парные слуховые проходы позволяют точнее локализовать источник звука. Наружное ухо имеет форму воронки. Его строение существенно влияет на восприятие звуков. Слуховой проход представляет собой резонатор, собственная частота колебаний которого близка к 3000Гц.
К среднему уху относятся евстахиева труба и три мелкие косточки – молоточек, наковальня и стремечко. Молоточек соединён с барабанной перепонкой, а стремечко- с мембраной овального окна, разграничивающей среднее и внутреннее ухо. Эти косточки образуют систему рычагов, которые преобразуют колебания воздуха в колебания жидкости.
Внутренне ухо состоит из сложной системы сообщающихся между собой каналов и полостей, называемой лабиринтом. Часть лабиринта представлена улиткой – спирально закрученной трубкой, состоящей из 2,5 витков. Улитка состоит из трёх каналов, разделённых двумя эластичными мембранами. Внутри каналов находится жидкость. Овальное окно располагается у основания одного из этих каналов. У основания другого канала находится закрытое перепонкой отверстие – круглое окно, которое ведёт в среднее ухо. На основной мембране расположены рецепторы слуха – кортиев орган, состоящий из рецепторных клеток с выступающими над ними волосками. Колебания мембраны овального окна передаются жидкости, находящейся в каналах. Колебания жидкости воспринимаются рецепторными клетками, В них возникают импульсы, которые по слуховому нерву достигают подкорковых образований и далее поступают в височную область коры, где и преобразуются в слова.
Физиологи, исходя из физической упругости барабанной перепонки, рассчитали, на какую величину она прогибается под давлением самого слабого звука, который еще можно отчетливо услышать. Получилась труднопонимаемая величина: такой слабый звук прогибает барабанную перепонку на расстояние меньше, чем размеры атома ( 10-11 м ). Науке еще не вполне ясно, как осуществляется в нашем ухе передача и восприятие столь слабых звуков.
Нарушение слуха может быть вызвано как некоторыми заболеваниями: ангина, скарлатина, грипп, так и сильными звуками. Звуковая волна может прорвать барабанную перепонку. Нужно открывать рот во время мощной звуковой волны. А так же из-за постоянных шумов барабанная перепонка теряет эластичность и слух притупляется. Оказывает вредное воздействие и очень громкая музыка, и длительное прослушивание музыки с помощью стереонаушников.
У А. Вознесенского есть такие строки:
"Музыкальные браконьеры
Переходят звуковые пределы."
Задумайтесь над этими словами.
Звук – это волна. Какие физические характеристики волны нужно знать, чтобы иметь более полное представление о звуковой волне?
Ответ: Длина волны – расстояние между двумя ближайшими точками в волне, движущимися одинаково и имеющими одинаковые отклонения от положения равновесия.
Частота колебаний – это число колебаний в единицу времени.
Период колебаний – продолжительность одного полного колебания.
Скорость распространения волны.
Учитель: На доске записать, как связаны между собой эти величины.
Т=1/
Учитель: Применим эти формулы к решению задач. К доске для решения задачи выходит ученик по желанию (условие задачи на карточке или на интерактивной доске)
Задача №1: Звуковая волна из воздуха распространилась в воду. Длина волны звука в воздухе 1м, а в воде 4,25м. Определить скорость распространения звука в воде, если скорость звука в воздухе 340 м/с.
Задача №2: Скорость звука в чугуне впервые была определена французским ученым Био следующим образом. У одного конца чугунной трубы ударяли в колокол; у другого конца наблюдатель слышал два звука: сначала один, пришедший по чугуну, а спустя некоторое время – второй, пришедший по воздуху. Длина трубы была 930м, промежуток времени между приходом звуков оказался равным 2,5 с. Найти по этим данным скорость звука в чугуне. Скорость звука в воздухе принять равной 340 м/с.
Учитель: Зависит ли скорость распространения звука от среды, в которой он распространяется?
Ответ: Исходя из ответа задачи, можно сделать вывод, что скорость распространения различна в различных средах.
Учитель: Внимательно посмотрите на таблицу в учебнике на странице 169 и проанализируйте ее.
Ответ: Скорость звука в твердых телах больше, чем в жидких. Скорость звука в жидких телах больше, чем в газах.
Учитель: Обратите внимание, что скорости звука в воздухе и воде даны при температуре 20 ° С. Как вы думаете, почему?
Ответ: Скорость распространения звука зависит от температуры.
Учитель: Чем выше температура воздуха, тем больше скорость звука, и наоборот. Сверхзвуковым самолетам легче преодолевать звуковой барьер на больших высотах, потому что там ниже температура. Попытки определить значение скорости звука были предприняты учеными еще в XVII веке. И чтобы получить верные результаты им потребовалось почти 200 лет. Историческую информацию о работе ученых подготовил (сообщение обучающегося, Приложение№1)
Учитель: Установлено, что изменение атмосферного давления не влияет на скорость звука в воздухе, так как при увеличении давления увеличивается и плотность. А вот изменение влажности воздуха, т. е. количество водяного пара в атмосфере, оказывает влияние. Как вы думаете, когда гудки поездов и теплоходов слышны на более далеком расстоянии: в тумане или в солнечную погоду?
Ответ: в тумане. Объяснить это можно тем, что в туманную погоду воздух будет более однородным (отсутствуют конвекционные потоки).
Учитель: Итак, от чего же зависит звука в
воздухе?
Ответ: От температуры, от атмосферных условий, влажности.
Учитель: Давайте теперь выясним, какое выражение верно:
1) всякое звучащее тело колеблется
2) всякое колеблющееся тело звучит.
(Демонстрация взмахов веера) Тело колеблется, однако мы ничего не слышим. Почему?
Учитель: Объяснить это просто. Орган слуха человека воспринимает только колебания определенной частоты, (таблица на интерактивной доске ЗВУКОВЫЕ ВОЛНЫ)
Упругие волны с частотой меньше 16Гц называют ИНФРАЗВУКОМ
Диапазон частот, воспринимаемых человеком находится в пределах от 16 до 20000Гц. Причем, этот диапазон не одинаков для разных возрастных категорий. С возрастом слух ослабевает.
Упругие волны с частотой свыше 20000Гц называют УЛЬТРАЗВУКОМ.
А что же слышат животные? Слово биологам (сообщение обучающегося, Приложение №2).
Учитель: А правда ли это? Кобра танцует под звуки дудочки факира.
Кобра не способна слышать музыку. Когда с корзины, где находится змея, снимают крышку, кобра приподнимается, готовясь к защите, а затем следует за движениями дудочки, готовясь к атаке.
Различают три вида звуковых колебаний: музыкальные звуки, шумы, звуковые удары.
Что такое музыка? Или какой звук мы называем музыкальным?
Послушаем музыку (играет ученик на гитаре). О музыкальных звуках расскажет (сообщение обучающегося, Приложение №3).
Учитель: Итак: какие тела издают музыкальные звуки?
Ответ: Гармонически колеблющиеся.
Учитель: Что такое тон? (от греч tones – напряжение, повышение голоса). Тон – физическая характеристика звука, определяемая частотой колебаний; в музыке звук, обладающий определенной высотой.
Что такое тембр? Тембр – окраска звука, позволяющая определять звуки одинаковой частоты, исполненные на разных инструментах или разными голосами; совместное звучание основного тона и обертонов.
Звуки скрипки и фортепиано отличаются, даже если они звучат на одной ноте. Что у этих звуков общего? Чем они отличаются?
(Демонстрация зависимости высоты тона от частоты колебаний с помощью генератора звуковых колебаний, усилителя и колонки динамической)
Учитель: Всем известна загадка: "Летит – пищит, сядет – молчит" (комар). Пока мы решили ползагадки. Еще надо отгадать, почему комар пищит лишь тогда, когда летит.
Ответ: Дело в крыльях. При полете крылья колеблются так быстро, что издают звук.
Учитель: А если мы попробуем быстро махать руками, будем ли мы слышать звук? Почему?
Что же мы слышим, если звук перестает быть музыкальным?
Ответ: Шум.
Учитель: Приведите примеры: (шелест листьев, шум ветра, шум на улице большого города, свист пара в чайнике).
Музыкальные и шумовые колебания резко разграничить нельзя. Могут возникнуть различные варианты:
Стук колес поезда – мелодия или шум?
Шум дождя или мелодия дождя? (как поет А. Варум)
Может ли кто объяснить смысл музыкальных терминов: консонанс и диссонанс? (консонанс – благозвучие; диссонанс – неприятный для слуха набор звуков).
Третий вид звуковых колебаний – звуковые удары или ударные волны.
Попробуйте привести примеры (ударные инструменты, звук выстрела, звук во время взрывных работ на Стойленском и Лебединском карьерах).
Мощность ударной волны зависит от силы взрыва. Скорость распространения ударной волны может быть больше скорости звука. Мощные ударные волны обладают огромным разрушительным действием. Ударная волна так же возникает перед летящим со сверхзвуковой скоростью самолетом и является основным фактором, определяющим сопротивление движению самолета. Для ослабления этого сопротивления самолетам придают стреловидную форму.
А сейчас послушаем музыку (играет ученик на флейте)
Какую разницу вы заметили в звучании? (разная громкость)
Громкость является еще одной характеристикой звука, которую мы оцениваем субъективно. Мы не можем сказать, во сколько раз один звук сильнее другого. Громкость звука связана с энергией волны и амплитудой колебаний.
(Демонстрация связи амплитуды колебаний и громкости звука с помощью осциллографа, генератора звуковых колебаний, усилителя и колонки динамической)
Единица громкости называется децибелом – дб , равная 1/10 бела. Названа в честь изобретателя телефона Александра Грейала Белла, получившего в 1876 году патент на первый практически пригодный телефон.
Оказывается, что наименьшее изменение громкости, которое может улавливать нормальное человеческое ухо, равно изменению громкости на 1 дб.
Еще одной характеристикой звука является СИЛА ЗВУКА или его ИНТЕНСИВНОСТЬ.
(На интерактивной доске таблички ГРОМКОСТЬ, ИНТЕНСИВНОСТЬ)
Интенсивность представляет собой энергию, переносимую звуковой волной через единицу площади в единицу времени. Единицей измерения интенсивности является Вт/м2.
Чтобы вызвать звуковые ощущения, волна должна обладать некоторой минимальной интенсивностью. Величину ее называют порогом слышимости. Для разных людей порог слышимости неодинаков. Как правило, с возрастом он увеличивается, слух ухудшается.
При очень большой интенсивности волны перестают восприниматься как звук, вызывая в ушах ощущение давящей боли. Величину интенсивности, при которой это происходит, называют порогом болевого ощущения.
Однако прямое измерение интенсивности связано с определенными трудностями, и при решении практических задач в качестве измеряемого параметра звуковой волны обычно выбирают акустическое давление, которое характеризует силу, действующую на единицу площади, перпендикулярно направлению распространения волны.
Ребята, как вы считаете, какое воздействие могут оказывать на организм человека и окружающий нас мир звуковые волны?
Ответ:
Учитель: Мы живем в мире звуков. И если одни звуки оказывают на нас благотворное действие (например: колыбельные песни), то другие наносят вред нашему здоровью (сообщение обучающегося, Приложение №4).
На интерактивной доске таблица, на которой показаны значения громкости звука, издаваемые различными источниками.
Учитель: Итак, что же теперь вы можете сказать о звуке, о его значении в жизни человека. Каково значение звуковых волн в жизни человека?
Ответы учеников: (информация об окружающем мире; звук, как средство общения; ультразвук в медицине; инфразвук – язык общения рыб; эхолокация, и т.д.)
Задание на дом: 1.Определить у себя дома источники шума и предложить меры их устранения.
2. Ф. § 34-38.
3. Б. стр.80-85.
Заключительное слово: Сегодня на уроке мы изучили понятие звук и явления, связанные с ним. Как вы убедились сами, чтобы понять такое, казалось бы, простое понятие ЗВУК, нам потребовались знания не только физики, но и биологии, музыки и немного литературы.
Композиторы, писатели и поэты оказались не менее наблюдательны, чем ученые.
Они выражают свои впечатления образными сравнениями, соотнося свойства явлений, обнаруженных в природе, с особенностями человеческого восприятия.
Не без основания заметил Феликс Кривин: "Скорость звука не поспевает за скоростью света, поэтому лучшие краски видны в безмолвии, а лучшие звуки слышны в темноте".
Я предлагаю вам немного помечтать: закройте глаза и вслушайтесь в эту музыку.