Звуковые волны. Человек в мире звуков

Международная педагогическая олимпиада
Наука вокруг нас (средняя школа)
III конкурс
(лауреат конкурса)
Урок физики в 9-м классе по теме "Звуковые волны.
Человек в мире звуков"
Автор: Якушкина Наталия Викторовна
учитель физики « МАОУ «СОШ№1 МО «Ахтубинский район»
Астраханской области
Цели урока:
1. Ввести понятие звуковых волн. Рассмотреть особенности их возникновения и
распространения, характеристики звука, влияние шума на организм человека,
взаимодействие звуковых волн с веществом, явление реверберации.
2. Развивать память, логическое мышление, умение применять знания в нестандартных
ситуациях.
3. Показать красоту музыкального звука.
4. Показать значение физических знаний в жизни человека. Поддерживать устойчивый
интерес к предмету.
Оборудование: тиски и линейка, музыкальные инструменты, компьютер, проектор,
мультимедийные презентации (приложения 6 - 8)
Эпиграф:
Труднее создавать тишину, чем создавать звук.
П.Л. Капица
Ход урока:
1.Организационный момент
Трудно было человеку
Миллионы лет назад
Он совсем не знал природу
Слепо верил в чудеса.
Он всего, всего боялся
И не знал, как объяснить
Бурю, гром, землетрясенье
Трудно было ему жить.
И решил он: что ж бояться?
А не лучше ль все узнать?
Самому во все вмешаться
И до истины добраться
И природу распознать.
А заниматься этим лучше всего на уроках физики, потому что физика – одна из фундаментальных
наук о природе.
2. Повторение материала.
а) Дайте определение механических колебаний.
б) Дайте определение механическихволн.
в) Какие волны называются продольными?
г) Какие волны называются поперечными?
3.Изучение нового материала?
•
•
•
Колебания с частотой 17- 20000Гц называются акустическими.
Раздел физики, изучающий звуки называется акустикой.
Звуковая волна представляет собой последовательность сжатий и разряжений в
упругой среде, распространяющихся с определенной скоростью.
• Волна эта продольная.
Источники звука - это колеблющиеся со звуковой частотой тела(16-20000 Гц)
Эксперимент 1
Обратимся к опыту. Зажмём линейку в тисках и вызовем её колебания. Меняя длину
выступающей части линейки, заметим, что только при некоторой частоте её колебаний,
она издаёт звук. Вокруг колеблющегося тела изменяется состояние среды (давление).
Появляются уплотнения и разряжения воздуха, то есть возникает волна, которая, достигая
нашего уха, вызывает слуховое ощущение.
Источниками звука могут быть не только колеблющиеся твёрдые тела, но и некоторые
явления, вызывающие колебания давления в окружающей среде (взрыв, полёт пули,
завывание ветра, молния).
Упругие волны, способные вызывать у человека слуховые ощущения, называются
звуковыми волнами или звуком.
• Для восприятия звуков человек имеет тончайший аппарат – ухо. (Сообщение)
• Слух имеет огромную роль и в жизни животных.
• Он помогает животным выслеживать добычу, предупреждает их об опасности.
• Человеческое ухо наиболее чувствительно к частоте 3500Гц.
Звук обусловлен механическими колебаниями в упругой среде и телах.
Человек ощущает звук, если
имеется источник звука
имеется упругая среда между ухом и источником звука
Звук распространяется в твердых телах, жидких и газообразных веществах.
Скорость звука в воздухе при 0 0С- 331м/с
Скорость звука в воде при 8 0С-1435м/с.
При температуре 150С – 4980м/с.
Вопросы классу: Любые ли колебания мы слышим?
Человеческое ухо способно воспринимать упругие волны, частоты которых лежат в
диапазоне от 16 до 20000 Гц.
Звуковая лесенка
У каждого человека свой диапазон воспринимаемых частот (иные не слышат стрекотания
кузнечиков).
С возрастом из-за потери эластичности барабанной перепонки верхняя граница
слышимости снижается до 12-14 кГц.
В каких средах может распространяться звук?
Скорость звука в воздухе впервые была измерена в 1636 году французом М. Мерсенном.
При 0°С скорость звука в воздухе равна 331 м/с;
в кислороде- 316 м/с;
в гелии - 965 м/с;
в водороде - 1284 м/с.
Скорость звука зависит от массы молекулы вещества и его температуры.
Классу предлагается решить задачу. Скорость звука в воде впервые была измерена в 1826
году на Женевском озере в Швейцарии Колладоном и Штурмом.
На одной лодке поджигали порох и одновременно ударяли в колокол, опущенный в воду.
Звук этого колокола с помощью специального рупора, так же опущенного в воду,
улавливался на другой лодке, которая находилась на расстоянии 14 км от первой. Чему
равна скорость звука в воде, если сигнал улавливался через 9,8с после вспышки пороха?
(1428м/с)
Вопрос классу: Итак, скорость звука в воде больше, чем в воздухе. А какой она будет в
твёрдых телах по сравнению с водой? (больше).
Учитель: С увеличением плотности среды, скорость звука увеличивается. Например, в
стали при 15°С она равна 4980 м/с.?
Вопрос классу: А как проводит земля звук? (хорошо)
Учитель: Благодаря хорошей проводимости земли работают сейсмические станции,
Дмитрий Донской перед Куликовской битвой, приложив ухо к земле, услышал топот
копыт татаро-монгольской конницы, когда она ещё не была видна.
Звук вызывает у человека различные слуховые ощущения.
Вопросы классу: Какие характеристики вы можете присвоить звуку? (Громкость, высота,
тембр, длительность, сила звучания) Презентация 1.
Изучение характеристик звука, на мой взгляд, целесообразно рассмотреть на примере
звучания различных музыкальных инструментов.
- Что влияет на громкость звука? (Амплитуда, чем больше амплитуда, тем громче звук)
Учитель: Единицу громкости называют белом, в честь физика Генриха Бела. Однако на
практике пользуются дольной единицей - децибелом. 1дБ = 0,1Б
Весь диапазон воспринимаемых ухом звуковых волн соответствует громкости от 0 до
130 дБ.
Дополнительная информация
Следует иметь в виду, что громкие звуки далеко не безвредны для нашего организма. На
основании проведённых исследований, органами здравоохранения установлены
санитарные нормы для уровня допустимого шума: это 30 – 40 дБ, что соответствует
уровню громкости при спокойной, тихой беседе.
Последствия шума постепенно накапливаются в организме. При длительном воздействии
на организм громких звуков может возникнуть так называемая “шумовая болезнь”,
симптомами которой являются высокое артериальное давление крови, повышенная
нервная возбудимость, тугоухость, быстрая утомляемость, плохой сон.
Сильный рёв поп-рок музыки, которому часто подвергается молодёжь, не только
оглушает.
На концертах рок- групп происходят контузии звуком, звуковые “ожоги”, потеря слуха,
памяти.
Во время концерта Пола Макартни в Венеции в 1979 году от рёва динамиков рухнул
деревянный мост, во время выступления ансамбля Пинк Флойд в Шотландии начал
разрушаться каменный мост. Когда тот же ансамбль давал концерт на природе, в
близлежащем озере сдохла вся рыба. А фестиваль панк-групп в Нидерландах тамошняя
сейсмическая служба приняла за землетрясение.
- Что уж говорить об организме человека?
Вопросы классу: Как вы думаете, что влияет на высоту звука? (Частота колебаний. Чем
больше частота, тем выше звук)
- Кто чаще машет крылышками в полёте: комар или шмель? (? =500-600 Гц- комара; ? =
220 Гц – шмеля )
- По таблице диапазона частот, соответствующих голосам певцов и певиц, определите:
Как называется самый высокий женский голос?
Мужской?
Женские голоса
Мужские голоса
Контральто 170-780 Гц
Бас 80-350 Гц
Меццо-сопрано 200-900 Гц
Баритон 100-400 Гц
Сопрано 250-1000 Гц
Тенор 130-500 Гц
Колоратурное сопрано 260-1400 Гц
Демонстрация. Показать с помощью звукового генератора зависимость высоты звука от
частоты.
Звуковую волну определённой частоты называют музыкальным тоном.
Вопросы классу: Зачем устанавливают камертон на деревянный ящик? (Ящик камертона
является усилителем колебаний или резонатором. При правильно подобранных размерах
ящика, амплитуда вынужденных колебаний воздуха возрастает и звук усиливается.)
- Какую роль играет корпус гитары с отверстием? (Роль усилителя.)
Нечто подобное происходит в таких музыкальных инструментах как гитара, скрипка,
контрабас. Громкими они становятся благодаря наличию у них корпуса определённой
формы с отверстием, через которое могут выходить звуковые волны.
-Почему когда человек прислушивается, то открывает рот? (Рот усиливает звук)
Все волны, дойдя до препятствия, взаимодействуют с ним. Энергия поглощённой
звуковой волны распространяется по второй среде с другой скоростью, но частота
вынужденных колебаний остаётся прежней. При переходе из одной среды в другую с
изменением скорости меняется длина волны.
Звуковая волна, встречаясь с препятствием, способна и отражаться от него. Тогда человек
слышит повторение звука. Звук, отражённый от препятствия и возвратившийся к своему
источнику, называется эхо. Название “эхо” связано с именем горной нимфы Эхо, которая
согласно древнегреческой мифологии, была безответно влюблена в Нарцисса. От тоски по
возлюбленному Эхо высохла и окаменела, так что от неё остался лишь голос, способный
повторять окончания произнесённых в её присутствии слов.
2. Чтобы различать посланный и отражённый сигналы, необходим промежуток времени
0,05с. Рассчитайте на каком наименьшем расстоянии может быть воспринято эхо. (8,5 м)
Если до нас доходят звуковые волны, последовательно отразившиеся от нескольких
препятствий и разделённые интервалом 50 -60 мс, то возникает многократное эхо.
Некоторые из таких эхо приобрели всемирную известность. Так, например, скалы,
раскинутые в форме круга возле Адерсбаха в Чехии, в определённом месте троекратно
повторяют семь слогов, а в замке Вудсток, в Англии, эхо отчётливо повторяет 17 слогов.
Увеличение длительности звука, вызванное его отражениями от различных препятствий,
называется реверберацией. Реверберация в пустых помещениях приводит к гулкости.
Речь становится мало разборчивой, невнятной. Помещения, заполненные людьми,
мягкой мебелью, коврами, имеют незначительную реверберацию. Но если время
реверберации слишком мало, то речь звучит чётко, музыка отрывисто, глухо. Теряется
ощущение объёма, качество звука ухудшается. По времени реверберации оцениваются
акустические качества зрительных залов.
Оценка акустики зала
Время реверберации ( с )
Хорошая
Между 2 и 1,5 с
Очень хорошая
Между 1,5 и 0,5 с
Концертные залы
Время реверберации
Большой театр, Москва
1,55 с
Колонный зал Дома союзов, Москва
1,72 с
Московский Худ. академический театр
(стар. здание)
0,8 с
1,2 с
Театр Ла Скала, Милан
1,1 с
Национальная Опера, Париж
1,2 с
Метрополитен Опера, Нью-Йорк
О звуковых волнах ещё можно много говорить: и о применении их в медицине, о
способах их записи и воспроизведении, является ли подводный мир миром безмолвия,
стоит ли шуметь на берегу во время рыбалки. Однако время урока ограничено.
ІІ .Закрепление.
Работа в группах:
1 гр.
а) Какое выражение верно?
- всякое колеблющееся тело звучит;
- всякое звучащее тело колеблется.
б) Некоторые солдаты, впервые попав в боевую обстановку, “кланяются” пулям –
нагибаются, услышав звук летящей пули. На сколько это разумно?
в) Что является самым лучшим звукоизолятором?
2 гр.
а) Почему бесшумен полёт бабочки?
б) Когда прислушиваются к отдалённому шуму, то невольно открывают рот. Почему?
в) Можно ли исполнять мелодию на одной струне?
3 гр.
а) Можно ли в открытом космосе поддерживать связь с помощью звуковых сигналов?
б) К каким волнам относится звук: продольным или поперечным?
в) Как изменится длина звуковой волны при переходе из воздуха в воду?
4 гр.
Задача. На каком расстоянии от наблюдателя вспыхнула молния, если он услышал гром
через 6 с после того, как увидел молнию?
5 гр.
Практическое задание. Докажите, что звук отражается от препятствий.
Проделайте опыт: опустите механические часы в пластмассовый стакан, отодвиньте от
себя стакан на такое расстояние, чтобы тиканье часов стало неслышным, поднесите к
верхней части стакана металлическую пластину и расположите её под некоторым углом к
горизонту, поворачивайте её до тех пор, пока не услышите тиканье часов. Нарисуйте ход
лучей от часов до уха.
6 гр.
Практическое задание. Определите зависимость высоты тона от частоты колебаний.
Проделайте опыт: возьмите кусочек резиновой нити и, закусив один конец зубами,
натягивайте нить одной рукой. Пальцем другой ударяйте по натягиваемой нити, как по
струне. Меняя длину нити и натяжение, установите зависимость высоты тона от частоты
колебаний.
Обратим внимание на роль звуковых волн в окружающем нас мире, оценим позитивное и
негативное влияние данного вида волн. Презентация 2, видеоролик 3. Презентацию и
видеоролик подготовили ученики класса.
ІІІ. Домашнее задание:
1. Предложите способ нахождения скорости звука в среде, используя доступное
оборудование, проведите эксперимент.
2. Напишите эссе по теме: « Звуковые волны – взгляд физика и лирика»
Перечень используемой литературы и интернет - ресурсов:
1.
http://www.omsknet.ru/acad/tema2/frames.htm
2.Физика.
9 класс. Учебник. Перышкин А.В., Гутник Е.М.
3. . http://www.dpva.info/Guide/GuidePhysics/Sound/SoundWaveLengthInAirWaterSteel/
4http://fiz.1september.ru/articlef.php?ID=200600307