При изучении физики большое значение для обучающихся имеет наглядность изучаемого материала. Наглядность дает возможность быстрее и глубже изучить учебный материал. Цифровые лаборатории помогают лучше усвоить изучаемую тему, разобраться в трудных вопросах, повышают интерес к изучаемому материалу. Их использование расширяет и обогащает образовательную деятельность, углубляя его практическую направленность. Наилучшие результаты достигаются при выполнении учебных экспериментов, в исследовательской и проектной деятельности, так как результаты измерений могут быть обработаны и проанализированы непосредственно во время проведения работы. Именно поэтому использование цифровых лабораторий в школе является актуальным и эффективным способом организации учебного процесса.
В настоящее время спектр школьного оборудования для практических работ очень широк. Особого внимания заслуживает цифровая лаборатория Relab, работа с которой может проводиться как на уроках физики, так и во внеурочное время с любой категорией обучающихся.
Мир вокруг нас - это пространство звуков. Звуковые волны распространяются в воздухе в виде колебаний давления. Наши уши воспринимают колебания давления как звук. Приведём пример использования цифровой лаборатории Relab при определении звукового давления. Серия опытов позволяет наглядно и быстро установить зависимость величины звукового давления от расстояния до источника звука с использованием датчика звука, определить величину звукового давления в общественных местах города и охарактеризовать его в соответствии со шкалой уровня шумов [1].
Тема исследования: Определение звукового давления с использованием цифровой лаборатории Relab.
Объект исследования: звуковая волна.
Предмет исследования: звуковое давление.
Цель исследования:
- изучение графика зависимости звукового давления от времени при звучании музыкальных инструментов, полученного с помощью датчика звука;
- определение зависимости звукового давления от расстояния до источника звука;
- измерение звукового давления в общественных местах Москвы и его характеристика в соответствии со шкалой уровня шумов [1].
Задачи исследования:
- подбор литературы по выбранной проблеме;
- изучение, анализ, обобщение литературы по проблеме;
- анализ графика зависимости звукового давления от времени при звучании музыкальной группы с помощью датчика звука, определение зависимости звукового давления от расстояния до источника звука; измерение звукового давления в общественных местах Москвы и его характеристика в соответствии со шкалой уровня шумов [1];
- обработка и анализ полученных материалов.
Порядок проведения эксперимента
1. Анализ графика зависимости звукового давления от времени при звучании музыкальных инструментов
- Датчик звука подключается к USB разъёму ноутбука.
- Запускается программа измерений Relab Lite и запускается сбор данных кнопкой «Пуск» в течение 30 с.
- Изучается график зависимости звукового давления от времени при звучании музыкальных инструментов уличного оркестра (рис. 1).
Получение зависимости звукового давления от времени при звучании музыкальных инструментов уличного оркестра
Рис. 1
Обобщаются результаты эксперимента: звуковая волна распространяется в воздухе в виде зон сжатия и разрежения плотности. Давление воздуха прямо пропорционально его плотности. Поэтому в областях сжатия воздуха давление выше статического атмосферного, а в зонах разрежения - ниже статического атмосферного. Звуковое давление - знакопеременная величина: в зонах сгущения она положительна, в зонах разрежения отрицательна (рис. 2, рис. 3).
Скриншот графика зависимости звукового давления от времени при звучании музыкальных инструментов уличного оркестра
Рис. 2
График зависимости звукового давления от времени при звучании музыкальных инструментов уличного оркестра
Рис. 3
2. Изучение зависимости звукового давления от расстояния до источника звука
Датчик звука закрепляется в лапке штатива, располагается напротив компьютерной колонки и подключается к USB разъёму ноутбука (рис. 4).
Экспериментальная установка для измерения звукового давления
Рис. 4
На компьютере открывается файл «Камертон онлайн. Нота Ля первой октавы (440Гц)», запускается программа измерений Relab Lite, запускается сбор данных кнопкой «Пуск» в течение 30 с.
Фиксируются значения амплитуды звуковых колебаний по показаниям датчика звука, находящимся на расстоянии 10, 20, 30, 40 см от компьютерной колонки (рис. 5).
Измерение величины звукового давления
а) на расстоянии 20 см от источника звука
б) на расстоянии 30 см от источника звука
б) на расстоянии 40 см от источника звука
Рис. 5
Фиксируются значения амплитуды звуковых колебаний по показаниям датчика звука при плавном удалении датчика звука от компьютерной колонки (рис. 6).
Изучение зависимости звукового давления от расстояния до источника звука при плавном движении датчика звука
Рис. 6
Обобщаются результаты эксперимента: в воздухе происходит постепенное уменьшение звукового давления с увеличением расстояния. Звуковое давление уменьшается обратно пропорционально с расстоянием до источника звука (рис. 7, рис. 8).
График зависимости звукового давления от времени при постепенном отдалении датчика звука с расстояния10 см до 40 см от источника звука
Рис. 7
Графическая интерпретация зависимости звукового давления от расстояния до источника звука
Рис. 8
3. Измерение звукового давления в общественных местах Москвы: в метро, на автобусной остановке, в подземном переходе, в кафе и оценка его величины
Произвольно выбираются общественные места: станция метро, автобусная остановка, подземный переход, кафе.
С помощью датчика звука измеряется звуковое давление (рис. 9) и даётся его характеристика в соответствии со шкалой шумов.
Полученные результаты подвергаются анализу.
Измерение звукового давления в общественных местах
Рис. 9
Обобщаются результаты эксперимента: в общественных местах Москвы: в метро, на автобусной остановке, в подземном переходе, в кафе очень шумно (рис. 10), так как в измеренные значения уровня звукового давления, лежащие в диапазоне от 86,94 до 100,2 дБ (рис. 11) соответствуют очень громкому табличному значению уровня шума (звукового давления) [1].
Графическая интерпретация уровня звукового давления в общественных местах Москвы
Рис. 10
Уровни шума (звукового давления) [1]
Рис. 11
Использование датчика звука цифровой лаборатории Relab при проведении опытов по определению звукового давления позволит повысить эффективность учебного процесса при изучении темы «Звуковые волны» на уроках физики в 9 классе.
Изучение звуковых волн быть продолжено постановкой опытов по изучению зависимости звукового давления от величины угла падения звуковой волны, материала и формы отражающей поверхности с целью улучшения качества звучания музыки и речи в помещении.
Список использованной литературы:
1. Звукоизоляция стеклопакетов https://oknabm.ru/about/articles/luchshie-zvukoizoliruyushchie-steklopakety/