Цель урока: формирование умения аргументированно представлять освоенные знания, умения рассуждать, пользоваться полученной информацией, активизация познавательной деятельности учащихся, развитие творческого мышления.
Задачи урока:
Образовательные:
- изучить инфразвуковые и ультразвуковые волны, их свойства, источники, их применение, влияние на живые организмы;
- закрепить знания о звуковых волнах;
- обучить определять цель деятельности и отбирать информацию в соответствии с определенной целью;
- выстраивать цепочку обоснований;
- последовательно излагать материал.
Развивающие:
- способствовать формированию научного мировоззрения на основе знаний об ультразвуковых и инфразвуковых волнах;
- формировать и развивать ключевые компетенции: информационную, организационную, самоорганизационную, коммуникационную;
- при работе в группе формировать умение школьника, участвовать в совместной деятельности, уверенность в успехе, ощущение положительных эмоций от совместной деятельности;
- формировать умение презентовать себя и свою работу,
- формировать умение строить деловые отношения в совместной деятельности на уроке (принимать цель совместной деятельности и сопроводительные указания к ней, разделять обязанности, согласовывать способы достижения результата предложенной цели);
- учить анализировать и оценивать полученный опыт взаимодействия.
Воспитательные:
- развитие эстетического восприятия материала, используя в презентации оригинальный дизайн и эффекты анимации;
- воспитание культуры восприятия теоретического материала с помощью компьютера и приборов для показа получения и применения ультразвуковых и инфразвуковых и волн;
- формирование умения слушать, уважать мнение выступающего, анализировать суждения всех сторон.
Формы организации познавательной деятельности: фронтальная, групповая.
Методы: частично-поисковый, практический, информационный, игровой, коллективного способа обучения.
Оборудование: компьютер, проектор, экран, рабочие папки для каждой учащегося.
План урока:
1. Актуализация знаний.
2. Представление содержания проблемы.
а) Ультразвуковые волны: источники и приемники, свойства и применение.
б) Инфразвуковые волны: источники и приемники, свойства и применение.
3. Встраивание новых знаний в один из законов диалектики - закона перехода количественных изменений в качественные на примере свойств инфразвуковых, звуковых и ультразвуковых волн.
4. Закрепление. Подведение итогов.
Учитель. Вступительное слово: Наш урок пройдет в форме пресс-конференции.
Тема пресс-конференции: «Инфразвуковые и ультразвуковые волны».
Цель урока: изучить инфразвуковые и ультразвуковые волны, их свойства, источники, влияние на живые организмы, их применение в жизнедеятельности человека.
Но сначала мы повторим знания, полученные на предыдущих уроках.
1. Актуализация знаний
- Может ли звук распространяться в газах, жидкостях, в твёрдых телах, в вакууме? Приведите примеры.
- Может ли звук сильного взрыва на Луне быть слышен на Земле? Ответ обоснуйте.
- Какую волну - продольную или поперечную - представляет собой звук, распространяющийся в воздухе? В воде?
- Приведите пример, показывающий, что звуковая волна распространяется не мгновенно, а с определённой скоростью?
- Чему равна скорость распространения звука в воздухе при 20оС?
- Каково назначение резонаторов, применяемых в музыкальных инструментах?
- От чего зависит громкость звука?
- От чего зависит высота звука?
- Что является источником голоса человека?
2. Представление содержания проблемы
Учитель: Мы изучили волны в диапазоне 20 Гц - 20 кГц. На сегодняшнем уроке мы подробнее изучим колебания, лежащие за пределами этого диапазона, то есть меньше 20 Гц и больше 20 кГц. Это инфразвуковые и ультразвуковые волны. Сегодня мы постараемся выяснить:
- диапазон ультразвуковых и инфразвуковых волн;
- источники инфразвуковых и ультразвуковых волн;
- область применения инфразвуковых и ультразвуковых волн;
- понять, насколько безопасны «неслышимые звуки».
Три группы учащихся, которые получили опережающие исследовательские задания, представят свои работы. Они изучали:
- 1 группа - инженеры-теоретики, изучали источники и приемники, свойства волн;
- 2 группа - инженеры-практики, изучали применение волн;
- 3 группа - инженеры-исследователи, изучали вред наносимый «неслышимыми звуками».
Координаторы групп сегодня расскажут нам о своих исследованиях, ответят на поставленные их группам вопросы.
Четвертая группа (разбита на подгруппы, включающие в себя по 2-3 ученика) - представители прессы, которые зададут вопросы трем группам по проведенным ими исследовательским работам, и в отведенное для этого время напишут статьи или заметки в «свой журнал или газету» (каждый из этой группы занят своим делом: кто-то пишет ответ на первый вопрос, кто-то - на второй, кто-то подбирает рисунки).
Представитель прессы:
1. Что такое звуковая волна? В каких диапазонах находятся звуки, не воспринимаемые ухом человека?
Ученик 1: (координатор сообщает о результатах работы 1 группы):
К звуковым волнам относятся такие колебания, которые осуществляются с частотой от 20 до 20 000 Гц. Для этих частот соответствуют длины волн 17 м (для 20 Гц) и 17 мм (для 20 000 Гц). Этот диапазон называется слышимым звуком. Эти длины волн приведены для воздуха, скорость распространения звука в котором равна v =340 м/с.
Существуют такие диапазоны, которыми занимаются акустики, - инфразвуковые и ультразвуковые. Инфразвуковые - это те, которые имеют частоту меньше 20 Гц. А ультразвуковые - это те, которые имеют частоту больше 20 000 Гц.
Инфразвук (от лат. infra - ниже, под)- механические волны, аналогичные звуковым, но имеющие частоту менее 20 Гц. Они не воспринимаются человеческим ухом. Для инфразвука характерно малое поглощение в различных средах.
Инфразвук. Инфразвуковые волны человеческое ухо не воспринимает. Несмотря на это, они способны оказывать на человека определенные физиологические воздействия. Объясняются эти действия резонансом. Внутренние органы нашего тела имеют достаточно низкие собственные частоты: брюшная полость и грудная клетка - 5-8 Гц, голова - 20-30 Гц. Среднее значение резонансной частоты для всего тела составляет 6 Гц. Имея частоты того же порядка, инфразвуковые волны заставляют наши органы вибрировать и при очень большой интенсивности способны привести к внутренним кровоизлияниям.
Представитель прессы: 2. Что является источниками инфразвука?
Ученик 1: (координатор сообщает о результатах работы 1 группы):
Источниками инфразвука могут служить грозовые разряды, орудийные выстрелы, извержения вулканов, взрывы атомных бомб, землетрясения, работающие двигатели реактивных самолетов, ветер, обтекающий гребни морских волн, и т.д. Для инфразвука характерно малое поглощение в различных средах, вследствие чего он может распространяться на очень большие расстояния. Это позволяет определять места сильных взрывов, положение стреляющего орудия, осуществлять контроль за подземными ядерными взрывами, предсказывать цунами и т.д.
Представитель прессы: 3. Кто способен воспринимать инфразвук?
Ученик 2: (координатор сообщает о результатах работы 2 группы):
Инфразвук не воспринимается человеческим ухом, однако его способны слышать некоторые животные. Например, медузы уверенно воспринимают инфразвуковые волны с частотой 8-13 Гц, возникающие при шторме в результате взаимодействия потоков воздуха с гребнями морских волн. Достигая медуз, эти волны заранее (за 15 часов!) «предупреждают» их о приближающемся шторме.
Представитель прессы: 4. Возможно ли, что медузы могут служить индикатором приближающегося шторма или цунами?
Ученик 2: (координатор сообщает о результатах работы 2 группы):
На самом деле индикатором приближающегося шторма или цунами могут служить медузы. Они способны слышать инфразвук в пределах от 8 до 13 Гц. Звук в воде распространяется гораздо быстрее и на большие расстояния, чем в воздухе. Шторм или цунами начались за сотни километров, придут к побережью часов через 15-20, но медузы уже его почувствовали и ушли с поверхности моря на глубину. Уход медуз практически наверняка связан с предстоящими большими волнами.
Представитель прессы: 5. Какие животные могут слышать и издавать инфразвук?
Ученик 2: (координатор сообщает о результатах работы 2 группы):
Киты поддерживают общение между собой с помощью эхолокации. Отсутствие голосовых связок не стало помехой тому, чтобы кит общался с другими особями путем воспроизведения инфразвуков.
Группа Эда Уолша из Омахи зафиксировала, что бенгальские, суматранские и уссурийские тигры издают инфразвук "слышимый" на расстоянии в несколько километров. Предполагается, что таким образом тигры могут обмениваться между собой информацией. Теперь учёные намерены выяснить, обладают ли частотные спектры тигриных голосов индивидуальными особенностями, позволяющими идентифицировать животных. Это существенно облегчило бы учёт их поголовья.
"Телепатия" слонов, о которой рассказывали некоторые известные ученые, также нашла свое подтверждение благодаря недавно доказанному обмену данных между слонами посредством инфразвука. Давно установлено, что морские млекопитающие могут передавать друг другу информацию находясь на расстоянии в сотни километров. Раньше полагали, что передача осуществляется исключительно ультразвуком, но и инфразвук, как выяснилось, вносит свою лепту. Год назад, изучая поведение группы слонов в зоопарке города Портленд в штате Орегон, группа исследователей "ощутила" в воздухе необычные колебания. Используя сложную электронную систему звукоулавливания, исследователи обнаружили, что это инфразвуковые волны, которые испускают слоны. Наблюдая за слонами, живущими на свободе в Кении, исследователи с помощью той же аппаратуры зарегистрировали точно такой же вид волн. Ученые пришли к выводу, что звуки низкой частоты животные используют для связи друг с другом на расстоянии в несколько километров. Открытие такого рода "телепатии" позволяет объяснить некоторые загадки поведения слонов. Например, раньше не могли объяснить, почему стада слонов, значительно удаленные друг от друга, узнавали об опасности в одно и то же время. Инфразвуковой язык, вероятно, помогает слонам уберечься от браконьеров, угрожающих животным как в Африке, так и в Азии.
Представитель прессы: 6. Зачем ученым расшифровывать инфразвуковой язык слонов?
Ученик 2: (координатор сообщает о результатах работы 2 группы):
Ученые надеются в будущем, определив значение инфразвуковых сигналов, перейти к самой увлекательной стадии экспериментов - установлению с их помощью контакта со слонами.
Представитель прессы: 7. Как влияет инфразвук на организм человека?
Ученик 3: (координатор сообщает о результатах работы 3 группы)
Инфразвук находит меньшее практическое применение и обладает негативными последствиями от воздействия на организм. При высоких уровнях инфразвука могут возникать чрезмерная утомляемость, сонливость, агрессия, ощущение давления в ушах. Воздействие инфразвука на человека особенно пагубно, если интенсивность инфразвука высокая. При уровне в 180-190 дБ действие инфразвука смертельно. Тем не менее, чувствительность каждого человека к инфразвуку индивидуальна, а обычные уровни инфразвука в повседневной жизни не могут нанести серьезного вреда здоровью.
Специальные опыты показали, что облучение людей достаточно интенсивным инфразвуком может вызвать потерю чувства равновесия, тошноту, непроизвольные вращения глазных яблок и т.д. Например, на частоте 4-8 Гц человек ощущает перемещение внутренних органов, а на частоте 12 Гц - приступ морской болезни.
Рассказывают, что однажды американский физик Р.Вуд (прослывший среди коллег как большой оригинал и весельчак) принес в театр специальный аппарат, излучающий инфразвуковые волны, и, включив его, направил на сцену. Никакого звука никто не услышал, однако с актрисой случилась истерика.
Резонансным влиянием на человеческий организм низкочастотных звуков объясняется и возбуждающее действие современной рок-музыки, насыщенной многократно усиленными низкими частотами барабанов, бас-гитар и т.д. Самый сильный резонанс имеют легкие и сердце. Когда частоты внешнего инфразвука и колебаний этих органов совпадают, то вследствие резонанса возможна остановка сердца или повреждения легких. При воздействии инфразвука на мозг наблюдается его влияние схожее с действием алкогольных напитков. При этом работа мозга резко угнетается. Из других эффектов звукового воздействия на человека отмечается падение артериального давления, сбой дыхания, увеличенная утомляемость, рвота и судороги.
Представитель прессы: 8. Можно ли говорить о создании инфразвукового оружия?
Ученик 3: (координатор сообщает о результатах работы 3 группы)
Специфическое воздействие инфразвука на человека натолкнуло на мысль создать инфразвуковое оружие. Один из вариантов - возможность сооружения мобильных инфразвуковых «прожекторов», которые будут создавать в атмосфере акустические волны способные повреждать зрение, вызывать тошноту, страх, смятение
Представитель прессы: 9. Каков диапазон ультразвука? Что является источником ультрозвука?
Ученик 4: (координатор сообщает о результатах работы 1 группы)
Ультразвук - упругие колебания среды, волны лежащие в диапазоне выше слышимой области звуков (от 20000 Гц).
В естественной природе ультразвук и инфразвук распространены так же широко, как слышимый звук.
Ультразвук не воспринимается человеческим ухом. Однако его способны излучать и воспринимать некоторые животные. Так, например, дельфины благодаря этому уверенно ориентируются в мутной воде. Посылая и принимая возвратившиеся назад ультразвуковые импульсы, они способны на расстоянии 20-30 м обнаружить даже маленькую дробинку, осторожно опущенную в воду.
Ультразвук помогает и летучим мышам, которые обладают плохим зрением или вообще ничего не видят. Издавая с помощью своего слухового аппарата ультразвуковые волны (до 250 раз в секунду), они способны ориентироваться в полете и успешно ловить добычу даже в полной темноте. Любопытно, что у некоторых насекомых в ответ на это выработалась особая защитная реакция: отдельные виды ночных бабочек и жуков также оказались способными воспринимать ультразвуки, издаваемые летучими мышами, и, услышав их, они тут же складывают крылья, падают вниз и замирают на земле.
Например, ультразвук является компонентом спектра многих природных звуков: шум водопада, гром. Ультразвук быстро затухает в воздухе, но хорошо распространяется в жидких средах.
Представитель прессы: 10. Где используется и применяется ультразвук?
Ученик 5: (координатор сообщает о результатах работы 2 группы)
Использование, применение ультразвука:
Установлено также, что ультразвуковые волны с частотой более 25 кГц вызывают болезненные ощущения у птиц. Это используется, например, для отпугивания чаек от водоемов с питьевой водой.
Источники ультразвука устанавливают на кораблях и подводных лодках. Посылая короткие импульсы ультразвуковых волн, можно уловить их отражения от дна или каких-либо других предметов. По времени запаздывания отраженной волны можно судить о расстоянии до препятствия. Использующиеся при этом эхолоты и гидролокаторы позволяют измерять глубину моря (рис. 57), решать различные навигационные задачи (плавание вблизи скал, рифов и т.д.), осуществлять рыбопромысловую разведку (обнаруживать косяки рыб), а также решать военные задачи (поиски подводных лодок противника, бесперископные торпедные атаки и др.).
С помощью ультразвука удается осуществить пайку алюминиевых изделий, что с помощью других методов сделать не удается (так как на поверхности алюминия всегда имеется плотный слой оксидной пленки). Наконечник ультразвукового паяльника не только нагревается, но и совершает колебания с частотой около 20 кГц, благодаря чему оксидная пленка на алюминии разрушается.
Преобразование ультразвука в электрические колебания, а их затем в свет позволяет осуществить звуковидение. При помощи звуковидения можно видеть предметы в непрозрачной для света воде.
В медицине при помощи ультразвука осуществляют сварку сломанных костей, обнаруживают опухоли, осуществляют диагностические исследования в акушерстве и т.д. Биологическое действие ультразвука (приводящее к гибели микробов) позволяет использовать его для стерилизации молока, лекарственных веществ, а также медицинских инструментов.
Представитель прессы: 11. Расскажите об истории изучения, открытия биологического действия ультразвука?
Впервые ультразвук был изучен русским физиком П.Н.Лебедевым в начале 20 века. Получают ультразвук при помощи пьезокристаллов (кристаллов кварца или титаната бария). Пьезокристалл под действием электрического поля изменяет свой объем: сжимается и разжимается, при этом излучает ультразвук.
Открытие биологического действия ультразвука принадлежит французскому ученому, физику П.Ланжевену. Дело в том, что французское правительство поручило известному ученому выяснить, можно ли с помощью ультразвуковых волн обнаруживать вражеские подводные лодки. Ученый проводил свои эксперименты в бассейне. Исследования считались секретными, и чтобы скрыть истинную цель исследований, в бассейн пустили рыбок, якобы для проверки изобретения «лучей смерти». Каково же было изумление авторов этой мистификации, когда рыбки, облучаемые ультразвуком, погибли, причем их внутренние органы оказались разрушенными!
Это послужило стимулом к проведению многочисленных исследований биологического действия ультразвука.
1) Прежде всего, выяснилось, что от действия ультразвуковых волн погибают многие микроорганизмы, что было очень важно для медицины. Ультразвук вызывает гибель некоторых болезнетворных микробов: тифозной, кишечной и туберкулезной палочек. Это свойство ультразвука используют для стерилизации хирургических инструментов, лекарственных веществ, воды.
2) Малоинтенсивное ультразвуковое излучение влияет на тканевые и внутриклеточные процессы в организме, на проницаемость стенок кровеносных сосудов, свойства и функции внутренних органов. Эти свойства ультразвука используют в лечебной практике. Ультразвуком лечат заболевания нервной системы и опорно-двигательного аппарата, стоматологические, урологические, офтальмологические и другие болезни. Такой ультразвук называют высокочастотным. 3) Ультразвук дает равномерное и глубинное прогревание тканей, проникая вглубь их от 1 до 5-6 см. Это используют для массажа.
3) Успех имеет и ультразвуковая хирургия. С помощью специальных ультразвуковых инструментов «сваривают» кости, рассекают костные ткани, причем этот метод не дает осколков, ведут операции на плевре легких, бронхах и сосудах.
В последнее время ультразвук «пришел» в глазную хирургию.
4) Всем хорошо известно обследование больных с помощью УЗИ.
Ультразвук небольшой интенсивности успешно применяется для диагностирования заболеваний сердца, почек, печени, обнаружения камней, опухолей (даже в головном мозге). Причем этот метод имеет значительное преимущество перед другими: он выявляет отклонения от нормы на более ранних стадиях.
Представитель прессы: 12. Каково влияние ультразвука на организм человека?
Ученик 6: (координатор сообщает о результатах работы 3 группы)
Влияние ультразвука на организм человека на высоких частотах нарушает работу нервной системы:
- усталость;
- головная боль;
- бессонное состояние ночью;
- сонливое состояние днём;
- повышенная чувствительность к звукам;
- нервозность;
- пониженное кровяное давление;
- снижение остроты слуха.
С 1955 года аппараты УЗИ используют для обследования беременных женщин. Методом ультразвукового исследования можно определить пол ребенка за несколько месяцев до его рождения и наблюдать за всеми стадиями развития ребенка.
За полвека ультразвук помог врачам сохранить тысячи материнских и детских жизней.
Представитель прессы: 13. Является ли УЗИ абсолютно безопасным для здоровья?
Ученик 6: (координатор сообщает о результатах работы 3 группы)
В последнее время врачи возникли сомнения в абсолютной безопасности УЗИ для здоровья будущего ребенка. Норвежские ученые, например, считают, что отклонения в состоянии нервной системы у детей 8-9 лет именно связаны с ультразвуковым воздействием на них еще до появления на свет.
О неблагоприятном влиянии ультразвука на ребенка во время внутриутробного развития говорят результаты экспериментов академика Российской академии медицинских наук, доктора биологических наук П.П.Гаряева. Они опубликованы в журнале «Здоровье» №5 за 1999 г. П.П.Гаряев исследовал сложные звуки, издаваемые молекулами ДНК.
Английский журнал «Ланцет» сообщает на своих страницах следующее: «До сих пор во всем мире не проведено ни одного достаточно грамотного и широкомасштабного исследования, которое установило бы наличие или отсутствие отклонений в росте и развитии детей, подвергшихся ультразвуковому воздействию в материнской утробе. Такие данные могут быть вообще никогда не получены, поскольку специалисты в них не заинтересованы».
Сами же специалисты по ультразвуковой диагностике отмечают, что к концу рабочего дня, проведенного за ультразвуковым аппаратом, накатывает усталость, болит голова, ломит суставы. Картина очень похожа на ту, что наблюдается от воздействия ультразвука низкочастотного диапазона, который признан вредным для здоровья. И в то же время распространена точка зрения официальной медицины: УЗИ абсолютно безвредно для пациента. «Исследования УЗИ безвредны, не требуют подготовки и могут повторяться многократно» - читаю в «Популярной медицинской энциклопедии».
Представитель прессы: 14. Так безвредна ли все-таки процедура УЗИ и лечение ультразвуком?
На мой взгляд, люди имеют право знать эту информацию. Должны же быть какие-то санитарные нормы по мощности, по частоте применяемого ультразвука, по длительности его воздействия и по частоте применения. Эти нормы должны быть известны врачам и пациентам. А значит, необходимы исследования специалистов в этой области.
Пока же ученые не прояснили вопрос о безопасности процедуры УЗИ, лучше проявить разумную осторожность, особенно будущим мамам.
Вывод пресс-конференции:
- Изученный материал убедительно доказывает, что неслышимый звук оказывают серьезное влияние на живые организмы и человека;
- Действие высокочастотного ультразвука, используемого в процедуре УЗИ, плохо изучено. Должны быть проведены специальные исследования ученых.
- Сравнивая информацию о влиянии неслышимого шума на организм человека и его последствиях, помещенную в научно-популярной литературе можно прийти к выводу, что эта проблема преднамеренно замалчивается. В угоду чему?
IV. Закрепление
Учитель: Мы с помощью координаторов подробно рассмотрели свойства, значение, применение, воздействие ультразвуковых и инфразвуковых волн, а насколько хорошо мы поняли изученный материал, нам покажут статьи, которые подготовят представители прессы.
Вопросы к следующему уроку:
- Расскажите об источниках инфразвуковых волн.
- Расскажите о свойствах инфразвуковых волн.
- Расскажите о применении инфразвуковых волн.
- Расскажите об источниках ультразвуковых волн.
- Расскажите о свойствах ультразвуковых волн.
- Расскажите о применении ультразвуковых волн.
- Сравните свойства инфразвуковых, звуковых и ультразвуковых волн.
- Расскажите о негативом влиянии инфразвуковых и ультразвуковых волн.