Задачи:
- Образовательные: познакомить учащихся со звуковыми волнами как одним из видов механических волн; ввести понятие высоты и громкости звука как основных характеристик звуковых волн; изучить свойства звука: отражение, эхо;
- Развивающие: развивать физическое мышление учащихся, умение самостоятельно формулировать выводы, расширять познавательный интерес, познавательную активность; развивать их умения работы с дополнительной литературой и ИКТ, коммуникативные умения: культуру ведения дискуссии, презентации результатов;
- Воспитательные: формировать целостное представление учащихся о мире (природе и о самих себе), о роли и месте физики в системе наук, содействовать нравственному и эстетическому воспитанию.
Оборудование: мультимедийный проектор, презентация учителя.
ХОД УРОКА
I. Организационный момент
II. Изучение нового материала
Мир звуков так многообразен,
Богат, красив, разнообразен,
Но всех нас мучает вопрос
Откуда звуки возникают,
Что слух наш всюду услаждают?
Пора задуматься всерьез. Слайд 1
– Что является причиной звука? Послушаем барабан. Почему он звучит? (Инсценировка)
Ведущий: Однажды встретились вождь
Соколиный глаз и шаман Змеиный язык.
Шаман: «Почему звучит барабан?»
Вождь: «Потому, что его ударили».
Шаман: Звук после удара длится заметно
дольше, чем сам удар.
Ведущий: Тут же вождь и шаман
потребовали себе самый большой барабан. Сначала
вождь ударял, а шаман трогал барабанную шкуру,
потом — наоборот. В конце концов, они заметили,
что шкура дрожит, и когда она дрожит — слышен
звук. Тут вождь, который был так же силен в
догадках, как шаман в загадках, высказал Великую
Догадку:
Вождь: ВСЕ ЗВУЧАЩЕЕ — ДРОЖИТ!!!
Ведущий: При этом вождь завопил от
восторга так, что у шамана в ушах зазвенело.
Не помня себя от боли, шаман ухватил вождя за
горло. Горло дрожало! Шаман отпустил вождя и взял
за загривок Сторожевого Ягуара, который мурлыкал
у входа. Загривок дрожал! Тут вождь перестал
вопить и выдал вторую Великую Догадку:
Вождь: ВСЕ ДРОЖАЩЕЕ — ЗВУЧИТ!!!
Ведущий: Шаман вместо коварного вопроса
приблизил к носу вождя судорожно сжатый кулак.
Кулак (и вся рука) дрожали — но не звучали. Вторую
великую догадку пришлось поправить:
Вождь: НЕ ВСЕ ДРОЖАЩЕЕ ЗВУЧИТ!
Ведущий: Тем временем у шамана созрел
очередной коварный вопрос:
Шаман: «Как дрожать, чтобы звучать?»
Ведущий: Вождь вспомнил недавний бой:
если в ствол дерева вонзается длинная стрела —
она беззвучно дрожит, если короткая — звучит.
Шаман вытащил самую длинную стрелу, прижал
оперенный конец к плоскому камню, а вождь пригнул
острый конец вниз — и тут же отпустил. Потом
сделал свободный конец короче — и опять
отпустил. Ответ вождя, недаром его звали
Соколиный Глаз, был таков:
Вождь: «Стрела начинает звучать, когда
ее дрожание перестает быть заметным глазу —
настолько оно частое»
Ведущий: Шаман попросил вождя
поменяться местами: теперь вождь держал
оперенный конец стрелы, а шаман отклонял и
отпускал острие. Шаман Змеиный язык был слабее
вождя, и каждый раз отклонял острие не так сильно.
При этом звучание менялось.
Ведущий: Давайте подведем итог. Скажите, какие условия необходимы, чтобы услышать звук?
(Присутствующие высказываются)
Ведущий: (подводит итог):
Чтобы услышать звук необходимы: Слайд 2.
1. Источник звука;
2. Упругая среда между ним и ухом;
3. Определенный диапазон частот колебаний
источника звука – между 16 Гц и 20 кГц;
4. Достаточная для восприятия ухом мощность
звуковых волн.
Слайд 3 .Вывод: звук – это механические упругие волны, распространяющиеся в газах, жидкостях, твердых телах. Волны, которые вызывают ощущение звука, с частотой от 16 Гц до 20 000 Гц называют звуковыми волнами.
Историческая справка <Приложение 1>
Основные характеристики звука
Слайд 4. Основными характеристиками звука являются громкость и высота тона.
1. Громкость.
Слайд 5. Громкость зависит от амплитуды колебаний в звуковой волне. За единицу громкости звука принят 1 Бел (в честь Александра Грэхема Белла, изобретателя телефона). Громкость звука равна 1Б, если его мощность в 10 раз больше порога слышимости. На практике громкость измеряют в децибелах (дБ): 1 дБ = 0,1Б.
Слайды 6-9.
- 10 дБ – шепот;
- 20-30 дБ – норма шума в жилых помещениях;
- 50 дБ – разговор средней громкости;
- 70 дБ – шум пишущей машинки;
- 80 дБ – шум работающего двигателя грузового автомобиля;
- 120 дБ – шум работающего трактора на расстоянии 1 м;
- 130 дБ – порог болевого ощущения.
Звук громкостью свыше 180 дБ может даже вызвать
разрыв барабанной перепонки.
В современном мире шум оказывает вредное влияние
на здоровье человека. Что же такое шум? Шум - это
беспорядочная смесь музыкальных звуков.
НЕ ШУМИТЕ!
А разве мы шумели?
Ну, Андрюша стучал еле-еле
Молотком по железной трубе,
Я тихонько играл на губе,
Восемь пятых размер соблюдая,
Таня хлопала дверью сарая,
Саша камнем водил по стеклу,
Толя бил по кастрюле в углу.
Кирпичом! Но негромко и редко.
«Не шумите!» — сказала соседка,
А никто и не думал шуметь ...
Ал. Кушнер
2. Высота тона
Слайд 10. Высота тона определяется частотой
колебаний источника звука.
Голосовой аппарат человека состоит из легких,
гортани с голосовыми связками, глоточной,
ротовой и носовой полости. Голосовые связки
являются звукопроизводящими частями голосового
аппарата. При спокойном дыхании они вялы и между
ними образуется широкая щель. При разговоре они
напрягаются и приближаются друг к другу. Когда
воздух, выдыхаемый легкими, проходит через
голосовую щель, голосовые связки колеблются.
Частота колебаний зависит от степени напряжения
связок. Ротовая и носовая полости играют роль
резонаторов. Голосовые связки наиболее сильно
колеблются при произношении гласных звуков.
Слайд 11. Звуки человеческого голоса по высоте делят на несколько диапазонов:
- бас – 80-350 Гц;
- баритон – 110-149 Гц;
- тенор – 130-520 Гц;
- дискант – 260-1000 Гц;
- сопрано – 260-1050 Гц;
- колоратурное сопрано – до 1400 Гц.
Согласно легенде, Пифагор все музыкальные
звуки расположил в ряд, разбив этот ряд на части
– октавы, – а октаву – на 12 частей (7 основных
тонов и 5 полутонов). Всего насчитывается 10 октав,
обычно при исполнении музыкальных произведений
используются 7–8 октав. Звуки частотой более 3000
Гц в качестве музыкальных тонов не используются,
они слишком резки и пронзительны.
Частотный диапазон звуков, воспринимаемых
животными:
- Бабочка 8 000-160 000 Гц;
- Дельфин 40-200 000 Гц;
- Кошка 250-100 000 Гц;
- Кузнечик 50-50 000 Гц;
- Летучая мышь 2 000-150 000 Гц;
- Собака 200-50 000 Гц;
- Человек 16-20 000 Гц.
Голосовые аппараты птиц и человека принадлежат к типу духовых «музыкальных» инструментов, звук в них образуется за счет движения воздуха, выдыхаемого из легких. Но у птиц имеется не одна гортань, а целых две: верхняя и нижняя. Главная роль в образовании звуков принадлежит нижней гортани, устроенной очень сложно и разнообразно у разных видов птиц. Она имеет не один источник звука, как у человека и других млекопитающих, а два или даже четыре, работающих независимо друг от друга. Образование у птиц второй гортани в нижнем отделе трахеи дало возможность использовать трахею в качестве сильнейшего резонатора. Движениями тела и натяжением специальных мышц птица может изменять форму системы резонаторов и, таким образом, высотой и тембром своего голоса.
3. Скорость звука
Слайд 12. Скорость звука в воздухе 330 м/с. В жидкостях звук распространяется быстрее. В твердых телах – еще быстрее. В стальном рельсе, например, звук распространяется со скоростью 5000 м/с.
Слайд 13. Скорость распространения звуковых волн в разных средах неодинакова. Медленнее всего звук распространяется в газах. Именно поэтому гром сильно запаздывает после вспышки молнии. Если гроза от нас далеко, то раскат грома можно услышать даже спустя 10-20 секунд.
Звуковые явления
При распространении звуковой волны происходит затухание звука, связанное с различными необратимыми процессами. Часть энергии, которая переносится звуковыми волнами, поглощается средой. Величина, равная отношению поглощённой звуковой энергии к звуковой энергии, поступающей в среду, называется коэффициентом поглощения. Коэффициент поглощения зависит от внутреннего трения (вязкости) поглощающей среды и от её теплопроводности. Он так же зависит от скорости распространения звука в этой среде, от плотности среды и частоты звуковой волны.
Слайд 14. Звуковая волна, распространяясь в некоторой среде, когда-нибудь доходит до границы этой среды, за которой начинается другая среда, состоящая из других частиц, в которой и скорость звука другая. На такой границе происходит явление отражения звуковой волны. При этом сгущение частиц превращается в разрежение, а разрежение – в сгущение. Происходит это потому, что колебания, принесённые волной к границе, передаются частицами второй среды и они сами становятся источником новой звуковой волны. Эта вторичная волна распространяется не только во второй среде, но и в первой, откуда пришла первичная волна. Это и есть отраженная волна. На границе двух сред происходит частичное поглощение и прохождение звука в другую среду. Доля отражённой энергии звуковой волны зависит в основном от соотношения плотностей этих сред и состояния поверхности раздела. Отражение звука, распространяющегося в воздухе, от твёрдого тела или жидкой поверхности происходит практически полностью. Звук, распространяющийся в плотной среде, также практически полностью отражается на границе раздела с воздухом.
С явлением отражения звука связано такое известное явление, как эхо. Оно состоит в том, что звук от источника доходит до какого-то препятствия, которое и является границей двух сред, отражается от него, и возвращается к месту, где эта звуковая волна возникла. И если первичный звук и звук отражённый доходят до слушателя не одновременно, то он слышит звук дважды. Звук может испытать и несколько отражений. Тогда можно услышать звук много раз, например, раскаты грома. При отражении звуковой волны от менее плотной среды, например лёгкие газы, звуковая волна, распространяющаяся в воздухе, проходит через неё, вовлекая частицы этой среды в волновое движение и частично отражаясь. Для звуковых волн выполняются законы отражения и преломления, аналогичные законам отражения и преломления света. <Приложение 2>
Название «эхо» связано с именем горной нимфы Эхо. В настоящее время, когда нас все интересует в природе, мы хотим получить правильный, научный ответ. В древности люди создавали легенды, чтобы объяснять всевозможные события. Древние греки придумали очень красивую легенду для объяснения эхо. Давным-давно жила прекрасная нимфа по имени Эхо. У нее был лишь один недостаток — она слишком много говорила. В наказание богиня Гера запретила ей говорить, если с ней не заговорят. Нимфа могла лишь повторять то, что ей говорили. Однажды Эхо увидала красивого молодого Нарцисса и сразу влюбилась в него. Однако Нарцисс не замечал ее. Нимфу охватила такая печаль, что Эхо растворилась в воздухе, оставив лишь свой голос. И мы слышим ее голос, который повторяет все, что мы говорим.[6]
Слайд 15. С древних времен людей удивляло необыкновенное чутье животных, птиц, рыб, насекомых, их умение находить дорогу к гнездам, видеть невидимое, слышать неслышимое, безошибочно ориентироваться в окружающей обстановке. <Приложение 3>
Слайд 16. Атмосферная акустика изучает особенности распространения и слышимости звуков в атмосфере. В природе существует целый ряд звуковых явлений, происхождение которых связано с метеорологическими и геофизическими процессами. Общеизвестно и наиболее изучено звуковое явление – гром, который обычно сопровождает разряды молнии. Образование грома объясняется следующим. <Приложение 4>
Слайд 17. Звуковые явления, такие, как вой ветра, гудение проводов, шум леса, шелест ивы и другие, объясняются следующим образом. При обтекании воздушным потоком твердых предметов около каждого из них возникают завихрения воздуха. Если срыв вихрей с препятствий происходит с частотой, воспринимаемой ухом (что имеет место при большой скорости ветра), то возникает звуковая волна. Чем больше скорость ветра, тем выше тон образующегося звука. А так как ветер дует обычно порывами, то создается большое число различных звуков. При обтекании воздухом проводов тон звука зависит еще и от диаметра колеблющего провода, а сила звука – от степени натяжения его. Особенно сильно гудение проводов наблюдается зимой при сильных морозах, когда провода, охлаждаясь, укорачиваются и сильнее натягиваются.
Слайд 18. Скрип снега при значительных морозах объясняется тем, что снежинки под давлением ноги человека, полозьев саней или колес машины не плавятся, как при более высоких температурах, а разламываются и перемещаются. И чем ниже температура, тем сильнее скрипит снег.
Слайд 19. Очень часто в литературе
упоминаются о таинственных звуках, которые можно
услышать в пустыне. Сегодня известно, что эти
звуки возникают в результате движения слоёв
песка, но полного объяснения этих явлений ещё
нет.
О некоторых других не менее интересных фактах и
явлениях связанных с распространением или
использованием звуковых волн мы узнаем из
сообщения «В мире интересного». <Приложение
5>
Распространение звуковых волн (скорость
и направление) определяются свойствами и
состоянием среды, в которой распространяется
звук. Атмосфера является акустически
неоднородной средой, поэтому акустические волны,
т.е. звук, испытывают в ней ослабление, отражение
и преломление. Все эти процессы тесно связаны с
ее физическими состоянием. Поэтому изучение
особенностей распространения звука в атмосфере
имеет практическое значение как один из
косвенных методов исследования ее свойств для
звуковой сигнализации и определения ее
местонахождения источника звука (звуковой
разведки).
Таинственная галерея шепотов <Приложение
6>
Резонанс в акустике <Приложение
7>
Сделай сам <Приложение 8>
III. Первичное закрепление. Слайд 20.
- Какие волны называются звуковыми?
- Чем характеризуются звуковые волны?
- От чего зависит высота звука?
- От чего зависит его громкость?
- С какой скоростью распространяется звук в различных средах?
IV. Закрепление изученного. Слайд 21.
Рыболов заметил, что за 5 с поплавок совершил на волнах 10 колебаний, а расстояние между соседними гребнями волн 1 м. Какова скорость волн?
V. Рефлексия.
VI. Домашнее задание Слайд 22.
- § 34, 35, 36, упр. 28 (3),
- сообщение по теме: «Применение ультразвука», «Звуковые волны».
Список литературы
- Акимушкин И. Занимательная биология. М.: Просвещение, 1987.
- Безденежных Е.А., Брикман Е.С. Физика в живой природе и в медицине. Киев, 1976.
- Кац Ц.Б. Биофизика на уроках физики. М.: Просвещение, 1988.
- Кац Ц.Б. Физика и живая природа. Физика в школе, 1978 №2,3.
- Хорбенко И.Г. Звук, ультразвук, инфразвук. М.: Знание, 1978.
- Интернетресурсы. (http://www.coolreferat.com/)