Урок 10. Звуковые волны. Высота, тембр, громкость звука

Урок 10. Звуковые волны. Высота, тембр, громкость звука

Цель: сформировать понятие звуковой волны.

Ход урока

I. Повторение. Беседа

1. Какая волна называется стоячей?

2. Объясните процесс образования стоячей волны.

3. Сформулируйте определение кучности и узлов стоячей волны.

4. Что такое первая гармоника собственных колебаний в струне и обертоны?

II. Изучение нового материала

Эксперимент 1

Возьмите крепкую бечевку (60 см) и привяжите к ней посередине металлическую ложку. Конец бечевки привяжите к указательным пальцам. Оба конца должны иметь одинаковую длину. Заткните уши пальчиками. Наклонитесь вперед, чтобы ложка свободно повисла и столкнулась с краем стола. Послышится звук, напоминающий звон.

- Почему? Ударяясь о стол, металл начинает колебаться. Эти колебания по бечевке передаются ушам. Мы слышим потому, что наши уши воспринимают различные колебания. Чтобы издавать звук, предмет должен колебаться. Колебания от него передаются воздуху и распространяются в нем. Колеблющиеся молекулы воздуха ударяются о барабанную перепонку, из-за этого она тоже колеблется. Эти колебания идут дальше через костную ткань и жидкость в ухе, пока не доходят до слухового нерва, а он посылает сигнал в мозг.

Эксперимент 2

В колокол помещают электрический звонок. И включают. Слышен звук. Начинаем выкачивать воздух, по мере разряжения воздуха громкость становится меньше, пока совсем не становится неслышной.

- Почему? Отсутствует среда, в которой распространяются колебания. Вывод: звук может распространяться в газах, жидкостях и твердых телах. Звук обусловлен механическими колебаниями в упругой среде и телах (твердых, жидких и газообразных), частоты которых лежат в диапазоне от 16 до 20 000 Гц и которые способно воспринимать человеческое ухо.

Раздел физики, изучающий звук, - акустика. Любое тело (твердое, жидкое или газообразное), колеблющееся со звуковой частотой, создает в окружающей среде звук.

Эксперимент 3

Переливание воды из одного сосуда в другой. Удар молотка по наковальне.

Чаще всего звуковые волны достигают наших ушей по воздуху. Но звук распространяется в воде и твердых телах. Нырнув с головой во время купания, можно услышать звук от удара двух камней, производимого на большом расстоянии.

Хорошо проводит звук земля.

Звуковая волна представляет собой последовательность сжатий и разряжений упругой среды, распространяющуюся с определенной скоростью. Это волна продольная.

Сжатие и разряжение воздуха вызывает колебания давления относительно среднего атмосферного давления r₀.

Громкости звука соответствует изменение давления Dr на несколько десятков Паскалей.

Ухо человека воспринимает Dr = 10^-5 Па. Ухо весьма чувствительный прибор, наиболее чувствителен к колебаниям с частотой около 3500 Гц.

Звуковая волна подобно другим волнам распространяется с конечной скоростью. Если гроза далеко, то запаздывание грома достигает нескольких секунд.

Скорость звука в воздухе при 0 °С равна 331 м/с; в воде при 8 °С - 1455 м/с; в стали при 15 °С - 4980 м/с.

Физические характеристики звука

1. Звуковое давление, оказываемое звуковой волной на стоящее перед ней препятствие.

2. Спектр звука - разложение сложной звуковой волны на составляющие ее частоты.

3. Интенсивность звуковой волны. где S - площадь поверхности; W - энергия звуковой волны; t - время.

4. Громкость.

Громкость звука, как и высота, связана с ощущением, возникающим в сознании человека, а также с интенсивностью волны.

Человеческое ухо способно воспринимать звуки интенсивностью от 10-12 (порог слышимости) до 1 Вт/м² (порог болевого ощущения).

Громкость не является прямо пропорциональной величиной интенсивности. Уровень громкости выражается в белах: - порог слышимости.

5. Высота звука зависит от частоты колебаний: чем больше частота, тем выше звук.

6. Тембр звука позволяет различать два звука одинаковой высоты и громкости, издаваемых различными инструментами. Он зависит от спектрального состава.

III. Закрепление изученного

1. Что представляют собой звуковые волны?

2. Что является источником звука?

3. Каковы частота и длина звуковых волн, воспринимаемые человеком?

4. Как называются такие звуковые волны?

Домашнее задание

П. 41. Творческое задание. Предложите способ нахождения скорости звука в среде, используя доступное оборудование, проведите эксперимент.