Программа предпрофильного курса "Физика вокруг нас". 9-й класс

Учебный курс “Физика вокруг нас” предназначен для учащихся 9 класса общеобразовательной школы.

Курс является элективным и предусматривает углубление и расширение тем базовой программы, знакомит с выдающимися достижениями отечественной науки и техники, с биографиями крупнейших ученых, внесших большой вклад в развитие мировой науки и техники.

Данный курс предназначен наглядно, продемонстрировать значение физики в различных областях деятельности человека, учит пониманию процессов, происходящих в природе, способствует формированию у школьников научного представления о современной физической картине мира. Учит ценить и бережно относиться к богатствам нашей планеты.

Курс рассчитан на 17 часов и может быть использован как при проведении элективных курсов, так кружков и факультативов, построен по модульному принципу (включение ученика в тему курса с любого момента).

• показать значение физики как науки в жизни человека
• расширить и углубить знания учащихся по предмету
• проверить свои профориентационные устремления, утвердиться в сделанном выборе, подготовиться к профильному обучению на старшем этапе.

• знакомить учащихся с отдельными физическими явлениями природы, раскрыть их тайны, используя научные методы
• формировать логическое мышление, развивать навыки экспериментальной деятельности
• развивать познавательную творческую активность и самостоятельность учащихся

Спецификой курса является его ярко выраженный межпредметный характер, связь с жизнью, практическая направленность. Курс учит самостоятельно пополнять и применять полученные знания, наблюдать, сравнивать, сопоставлять, анализировать, аргументировать свою мысль, создает условия для развития творческого мышления, формирует навыки групповой и самостоятельной работы.

В преподавании используются практические занятия, исследовательские методы работы, видеофильмы и Интернет-ресурсы. Применяются фронтальная, индивидуальная и групповая формы работы.

Ожидаемые результаты изучения курса: углубление знаний по физике, развитие познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей учащихся.

Проверка достигаемых учениками образовательных результатов производится в форме текущего поурочного контроля, взаимооценки учащимися работ друг друга или работ, выполненных в группах и публичной защиты выполненных творческих работ.

По окончании курса предполагается подготовка творческих работ по одной

из тем, изученных в курсе. В качестве конечных продуктов самостоятельной деятельности школьников могут выступать проектные работы, доклады, рефераты, компьютерные презентации.

Курс “Физика вокруг нас” апробирован в условиях средней общеобразовательной школы № 5 в течение пяти лет. Курс получил высокую оценку со стороны учащихся и их родителей. Большинство учащихся, посещавших данный курс, выбрали физико-математический профиль обучения в 10-11 классах школы.

Список рекомендуемой литературы и других пособий:

1. Хилькевич С.С. “Физика вокруг нас”
2. Анциферов Г.Н. “Физика и музыка”
3. Рачлис Х.О. “Физика в ванне”
4. Блудов М.И. Беседы по физике.
5. Мэрион Дж. Физика и физический мир.
6. Эльшанский И.И. Законы природы служат людям.
7. Гнедич Г.Е. Физика и творчество в твоей профессии.
8. Хорошавин С.А. Физика и техническое моделирование.
9. Шишкин Н.И. Клуб юных физиков.
10. Кудрявцев П.С. История физики.

Физика!
Какая емкость слова!
Физика для нас не просто звук!
Физика опора и основа
Всех без исключения наук!

Цель: познакомить учащихся с понятием “звук”, характеристиками звука; научить различать звуки по громкости, тону, тембру; показать, как эти характеристики связаны с частотой и амплитудой колебаний; продемонстрировать связь физики с музыкой и расширить кругозор учащихся.

Оборудование: компьютер, мультимедийный проектор, презентация №1

Учитель: Две эти области человеческой деятельности действительно связаны между собой. Причем достаточно сильно. Силу музыки, способной сплотить воедино мечты, стремления и помыслы человека, испытал на себе каждый из нас. Жаль, что зачастую взаимосвязь между ними люди или не чувствуют, или вообще не знают про нее, или - просто еще не задумывались об этом.

Окружающих нас звуков много, но интересуют нас не все, а именно музыкальные звуки. Музыкальные звуки сопровождают нас на протяжении всей нашей жизни. Почему? Чем отличаются различные звуки? Что представляет собой звук? Как его можно получить? На все эти вопросы отвечает физика (презентация№1 к занятию - слайд № 1)

Далее на простом примере можно показать, что один и тот же тип колебаний в определенной ситуации мы можем слышать, а в другой – нет: длинная линейка, защемленная в тисках, совершает колебания, которые мы не слышим. Стоит только укоротить линейку и возбудить в ней колебания, как мы сразу станем их слышать. При этом важно заметить, что частота колебаний возросла.

Ученик 1: Мир звуков на Земле существует лишь благодаря атмосфере. В то же время Земля совершает свое движение в безмолвном океане Вселенной. Шум ветра и дождя, грохот грома и бушующих вод, шелест листьев и звонкое журчанье ручьев - звуки стихии. Они существовали на Земле и безраздельно царили в течение долгого времени, прежде чем появились живые существа. Появление человека не только расширило мир звуков в природе, но украсило речью, пением и музыкой. Мы охотно слушаем музыку, пение птиц, приятный человеческий голос. Напротив, тарахтенье телеги, визг пилы, мощные удары молота нам неприятны и нередко раздражают и утомляют. ( слайд №2 - прослушивание звуков)

Упругие волны, которые воспринимаются человеческим слухом, называются звуковыми. Раздел механики, изучающий звуковые волны, называется акустикой.

Ухо нормального человека устойчиво может воспринимать звуковые колебания в диапазоне частот от 20 Гц до 20000 Гц. Конечно, далеко не каждый человек может воспринимать волны с v = 20 Гц или v = 20000 Гц. В то же время человеческое ухо очень чутко реагирует на колебания внешней среды, хотя с возрастом эта чувствительность уменьшается. Для взрослого человека весь акустический диапазон недоступен и рабочим диапазоном является частота от 50 Гц до 14000 Гц.

Любое тело, совершающее колебания с частотой 20 Гц - 20000 Гц, порождает возникновение звуковых волн, и называется источником звука. Среди животных, птиц и рыб существуют виды, которые воспринимают упругие волны с очень низкими и с очень высокими частотами. Самым универсальным в этом смысле является дельфин, который способен воспринимать волны с частотой колебаний в диапазоне 0,4 кГц < v < 200 кГц.

Среди источников звука есть как естественные источники, так и искусственные.

Примером искусственных источников звука является камертон (учитель демонстрирует работу камертона). Он был изобретен в начале XVIII века для настройки музыкальных инструментов.

Суть образования звуковой волны камертоном заключается в том, что при ударе по одной его ветви, вторая ветвь также начинает колебаться. Для усиления звуковых волн ветви камертона часто укрепляют на резонаторном ящике, который открыт с одного торца. Стандартный камертон выдает волны с частотой 440 Гц. Ударив молоточком по одной из ветвей камертона, мы услышим музыкальный звук (читаем презентацию - слайд №3).

Примером образования звуковых волн в воздухе является образование грома при грозовых разрядах. Физика данного явления заключается в том, что рядом с каналом грозового разряда воздух нагревается до очень большой температуры и его расширение приводит к образованию ударной волны. Она затем постепенно переходит в звуковые колебания.

Учитель: Давайте посмотрим, а что же является источником звука. У вас на столах лежат музыкальные инструменты. Учащиеся исполняют несколько тактов на гитаре, баяне, бубне, треугольнике, шумовых инструментах.

Ученик 2: Важность звуковых волн трудно переоценить. Общение людей основано на возможности воспринимать речь другого человека. Но источником звука может быть человеческий голос. Самый совершенный из всех источников звука - голосовой орган человека. Это очень сложный аппарат - сложнее любого музыкального инструмента.

Легкие, гортань, голосовая щель, голосовые связки, воздушные полости рта - вот что дает возможность человеку говорить, петь, кричать. Как он это делает?

Воздух, выходя из легких при их сжатии, проходит через дыхательную трубу, на конце которой расположены эластичные голосовые связки. Проходя в узкую щель между голосовыми связками, воздух заставляет их совершать различные колебания. Частота этих колебаний зависит от того, как напряжены голосовые связки. Иногда, когда человек простужен, появляется хрипота голоса. Это происходит оттого, что мокрота попадает в щель между голосовыми связками. Что делает голос человека таким совершенным источником звука? Во-первых, скорость и точность, с которой голосовые связки могут изменять свое натяжение, форму и ширину щели, а также резонансная полость рта, геометрические размеры которой меняются в связи с изменением положения голосовых связок. Вот, например, образование гласных звуков (слайд №4). Они создаются голосовыми связками. Но звучат гласные очень сильно. Как создается такое сильное звучание? Оказывается, воздушные полости рта создают усиление этих звуков - получается резонанс. При этом усиливаются только те обертоны, частота которых в четное число раз больше частоты основного тона. Когда мы произносим гласные “о”, “у”, “а”, все воздушные полости образуют один большой резонатор. Зато, произнося “е” и “и”, мы перегораживаем полость рта нёбной заслонкой на две части. В этом случае передняя полость усиливает высокие частоты, а задняя - низкие. Согласные звуки глуше гласных. В их воспроизведении участвуют не только голосовые связки. Важную роль в правильном воспроизведении этих звуков играет трение струи воздуха. Если струя проходит между языком и зубами, появляется звук “с”; между языком и твердым нёбом - звуки “ж”, “з”, “ш”, и “ч”; между языком и твердым небом - звуки “ г” и “ к”.

Многие произносят эти звуки не очень хорошо, иностранцам трудно дается русское произношение - это все объясняется тем, что устройство рта у всех различное, а у иностранцев сказывается привычка произносить различные звуки, в основе те же самые, по-разному.

Говорят не только люди. Существует множество игрушек, обладающих способностью “говорить”. Они устроены очень просто. Для этой цели приспособлены органные трубы. В зависимости от их числа и тона каждой трубы можно получать различные гласные звуки. Для звука “а”, например, хватит всего лишь трех труб. Некоторые куклы, устроенные довольно сложно, могут говорить даже слова, многие из них очень внятно говорят “мама”.

Игрушки - предмет забавы. Но аналогичное устройство помогает многим больным людям, гортань которых повреждена. Созданы образцы искусственных гортаней, которые дают возможность людям внятно говорить. При этом человек пользуется воздухом легких, а высоту тона регулирует рукой. По трубке звук, полученный таким образом, поступает в воздушную полость, где и появляется речь. Речь человека с искусственной гортанью вполне членораздельна, ее можно хорошо понимать.

Ученик 3: Глухой музыкант (слушаем музыку Бетховина) (слайд №5)

Учитель: Таким образом, по действию, производимому на нас, все звуки делятся на две группы: музыкальные звуки и шумы. Чем он отличаются друг от друга? Установить различие между музыкой и шумом довольно трудно, так как-то, что может казаться музыкой для одного, может быть просто шумом для другого. Некоторые считают оперу совершенно немузыкальной, а другие, наоборот, видят в ней предел совершенства в музыке. Ржание лошади или скрип нагруженного лесом вагона может быть шумом для большинства людей, но музыкой для лесопромышленника. Любящим родителям крик ней новорожденного ребенка может казаться музыкой, для других такие звуки представляют просто шум.

Однако большинство людей согласится с тем, что звуки, идущие от колеблющихся струн, язычков, камертона и вибрирующим голосовых связок певца, музыкальные. Но если так, то, что же существенно в возбуждении музыкального звука или тона?

Ученик 4: Музыкальные звуки издают различные музыкальные инструменты Источники звука в них разные, поэтому музыкальные инструменты делятся на ряд групп:

• ударные - бубны, барабаны, ксилофоны и т. д. (здесь колеблются от удара палочки или руки натянутый материал, металлические пластинки и т. д.) (слайды №7, № 8);
• клавишные - пианино, клавесины (колебания струн вызываются здесь ударом по ним молоточков) (слайды № 9, № 10);
• духовые - флейты, горны и фанфары, кларнеты, валторны, трубы (колебания столба воздуха внутри инструмента) (слайд №11);
• струнные - скрипка, гитара (слайд №12);

Например, орган (слайд №13) целая фабрика звуков. Еще в прошлом веке на нем, как на настоящей фабрике, трудились рабочие. Надрываясь и обливаясь потом, вручную качали тяжелые мехи. Только в XX в. людей заменили электромоторы, а на смену мехам пришли мощные вентиляторы. Орган по праву называют царем оркестра, а рояль признается его королем. Арфу называют царицей, скрипку - принцессой. Но правильнее оркестр считать “республикой”, где каждый “гражданин” пользуется правом голоса и каждый представляет собой неповторимую индивидуальность. ( Игра на скрипке).

Учитель: Чем же отличаются друг от друга звуки разных инструментов?

Для характеристики звука существуют три важных понятия:

Ученик 5: 1. Громкость звука.

Сложность этого понятия связана с психическим восприятием звука и чувствительностью уха. Ухо неодинаково чувствительно к звукам различных частот. Колебания одной и той же частоты, распространяясь в воздухе, могут создавать различное избыточное давление. Если оно незначитёльно, то звук слабый, еле слышный. При значительном избыточном давлении звук громкий. Наше ухо, о котором мы в дальнейшем вам расскажем, — удивительный механизм. Оно способно воспринять даже такое малое изменение давления, как сотая часть миллионной доли грамма на квадратный сантиметр. Но это же ухо способно воспринять изменение давления в сто миллионов раз большее. Самое незначительное изменение давления, которое воспринимает ухо, называют порогом слышимости (слайды №14,№15). Большие изменения давления, которые еще воспринимаются ухом без боли, определяют порог болевого восприятия. Эти величины различны для слышимых частот колебаний. Единица громкости - белл (в честь ученого Грэхема Белла, изобретателя телефона). На практике чаще громкость измеряют в децибеллах (дБ).

Вот примеры громкости различных звуков на расстоянии в несколько метров от источника звука: шелест листьев- 10 дБ, громкий разговор - 70 дБ, пылесос - 50 дБ. От звучащего музыкального инструмента волна распространяется вовсе стороны, и на расстоянии от него громкость звука, естественно, уменьшается. Для усиления звука служат корпусы инструментов. (Демонстрируют.) Эти корпусы играют роль резонаторных ящиков

Ученик 6: Шум и борьба с ним (слайды № 16, №17).

Шум отличается от музыкального тона тем, что ему не соответствует какая - либо определенная частота колебаний и, следовательно, определенная высота звука. В шуме присутствуют колебания различных частот. С развитием промышленности и современного скоростного транспорта появилась новая проблема - борьба с шумом. Возникло даже новое понятие “шумовое загрязнение” среды обитания. Шум, особенно большой интенсивности, не просто надоедает и утомляет - он может и серьезно подорвать здоровье. С шумом борются простыми административными мерами: в городах запрещено пользоваться автомобильными сигналами, отмены полетов самолетов над городом и т.д. Борются с шумами и с помощью технических устройств. Так, все автомобили, тракторы и мотоциклы снабжены глушителями. Для выхлопных газов сооружают сложный металлический лабиринт с перегородками и отверстиями, в которых звуковая волна теряет энергию. Кто хотя бы раз слышал рев мотоцикла без глушителя, хорошо представляет себе, насколько успешно глушитель справляется со своей задачей.

Опыт 3. Демонстрация звукового резонанса двух камертонов или динамика и камертона.

Опыт 4. Наблюдение и сравнение осциллограмм звука камертона, дающего тихий и громкий звук

Ученик 7: 2. Второе важное для звука понятие - высота тона

В физике она характеризуется частотой колебаний. Понятие тона как характеристики звука ввел Галилео Галилей. Частота звуковых колебаний определяет тон звука. Если она мала - тон звука низкий. По мере увеличения частоты тон повышается.

Опыт 5. Демонстрация действия звукового генератора;

прослушивание звуков различных частот (слайды №18, №19).

Ученик 8: 3. Кроме громкости и высоты тона, музыкальные звуки характеризуются еще одним очень важным понятием—тембром звука.

Получить чистый звук со строго определенной частотой колебаний, даже при полном отсутствии посторонних шумов, очень трудно, и вот почему. Любое колеблющееся тело издает не только один основной звук. Его постоянно сопровождают звуки других частот. Эти “спутники” всегда выше основного звука и называются, поэтому обертонами, т. е. верхними тонами. Однако не стоит огорчаться существованием этих “спутников”. Именно они то и позволяют нам отличать звук одного инструмента от другого и голоса различных людей, если даже они равны по высоте. Каждому звуку обертоны придают своеобразную окраску, или, как говорят, тембр. Их тембры всегда различны.

Ученик 9: Множеством различным тембров обладает орган (слайды №20, №21) Диапазон органа превышает диапазон всех инструментов оркестра, вместе взятых. В современных органах он простирается от “до” субконтроктавы до “до” шестой, а иногда и до седьмой октавы. Орган Домского собора в Риге имеет 127 регистров, 4 мануала, 6768 труб; длина его самой 4 большой трубы - 10 м, самой маленькой - 13 мм. Окраска звуков отдельных регистров напоминает тембры флейты, гобоя, английского рожка, кларнета, басового кларнета, трубы, виолончели, человеческого голоса, колокольчиков и множество других знакомых и незнакомых тембров. Звучность органа соло производит поистине величественное впечатление.

Учитель: Целебное свойство звуков - журчащая вода (прослушивание живой музыки).

Подведение итогов.