Разработка урока "Источник звука. Звуковые колебания"

Физика 9 класс

Тема: Источники звука. Звуковые колебания.

Цель урока:

• изучить процесс распространения механических колебаний в упругой среде на примере акустических явлений и познакомить с источниками и приемниками звука.

Планируемые результаты:

Предметные:

1. сформировать у учащихся представления о источниках звука; что представляет собой звуковые колебания;

2. объяснить причинно-следственную связь между колеблющимся телом и звуковыми колебаниями;

3. 3) изучить механизм передачи и восприятия звука живыми организмами; определить значение звука в различных видах искусства и жизни человека.

Метапредметные:

1. формирование умения планировать, контролировать и оценивать учебные действия в соответствии с поставленной задачей;

2. активное использование средств ИКТ для решения поставленных задач;

3. освоение начальных форм познавательной и личностной рефлексии;

4. определение общей цели и путей ее достижения; умение договариваться о распределении функций и ролей в совместной деятельности и осуществлять самоконтроль.

Личностные:

1. развитие навыков сотрудничества со сверстниками;

2. развитие умения организовать совместную деятельность в соответствии с предложенной инструкцией;

3. формирование готовности и способности обучающихся к саморазвитию;

4. формирование мотивации к учению и познанию.

Методы обучения: наглядно-иллюстративный, практическая работа, самоконтроль.

Формы работы на уроке: фронтальная, индивидуальная.

Междисциплинарные связи: биология – слуховой анализатор, органы слуха человека и животных.

Внутридисциплинарные связи – механические волны – звуковые волны – электромагнитные волны.

Тип урока: комбинированный.

Технические средства обучения: учебник, проекционная доска, проектор, компьютер, камертон, шарик на нити, металлическая линейка, презентация «Источники звука», линейка, штатив с муфтой и лапкой; гитара; маятник на нити; тонкий стеклянный стакан с водой; пластиковая бутылка, у которой срезана нижняя часть и закрыта куском пакета или пленки, прикрепленного с помощью резинки, свеча, звуковой генератор.

Структура урока

Ход урока

1. Организационный момент

Слайд №1

Здравствуйте ребята. Сегодня у нас на уроке присутствуют гости и прежде чем мы приступим к уроку, я хотел бы, чтобы каждый из вас настроился на рабочий лад. Я улыбнулся вам, и вы улыбнитесь друг другу. И подумайте: как хорошо, что мы сегодня здесь все вместе. Мы все здоровы. Я желаю вам хорошего настроения.

Слайд №2

А эпиграфом нашего урока будут слова А. Эйнштейна «Самое прекрасное и глубокое из доступных нам чувств – это ощущение тайны, ибо в нем источник истинной науки»

2. Проверка домашнего задания

Прежде, чем приступить к изучению нового материала, давайте ответим на вопросы, касающиеся прошлой темы урока.

Слайд №3

1. Что такое механические волны?

(Механические волны – это колебания, которые перемещаются в пространстве с течением времени)

1. Каких двух видов бывают механические волны?

(Механические волны бывают продольные и поперечные)

1. В каких средах распространяются продольные и поперечные волны?

2. Чем характеризуются волны?

(Волны характеризуются длиной волны, периодом, частотой, амплитудой колебаний, скоростью волны)

1. Что такое амплитуда, период, частота, длина волны, скорость волны?

(Амплитуда колебаний – наибольшее смещение от положения равновесия;

Период колебаний – Минимальный промежуток времени, через который движение повторяется;

Частота колебаний – число колебаний в единицу времени);

Длина волны – расстояние между двумя ближайшими точками, колеблющимися в одинаковых фазах;

Скорость волны – это величина, показывающая какой путь проходит волна в единицу времени)

1. Какая связь существует между периодом и частотой волны?

(Период и частота волны обратно пропорциональные величины)

1. Какая связь существует между длиной волны и скоростью её распространения?

(Длина волны и скорость ее распространения прямо пропорциональные величины)

8. В средах А и В распространяются гармонические волны, порожденные одним и тем же источником. Мгновенные фотографии этих волн совмещены и представлены схематически на рисунке. Сравните скорости распространения волн в этих средах.

1. Актуализация знаний

Слайд №4

Тему сегодняшнего уроку я хотел бы, чтобы вы определили сами. Для этого прослушайте строки из произведения А.С.Пушкина:

Ревет ли зверь в лесу глухом,

Трубит ли рог, гремит ли гром,

Поет ли дева за холмом – ...”

– Как вы думаете, о чем идет речь? Правильно, о звуке.

Учитель: Человек живет в мире звуков. Звук – это то, что слышит ухо. Мы слышим голоса людей, пение птиц, звуки музыкальных инструментов, шум леса, гром во время грозы. Издают звук работающие машины, движущийся транспорт и т.д. Мы живем в мире звуков, поэтому это очень актуальный вопрос. Что же такое звук? Как он возникает? Какие бывают источники звука? А также где применяют звук. Сегодня мы постараемся это определить.

4. Объяснение нового материала

Акустика – раздел физики

Раздел физики, в котором изучаются звуковые явления, называется акустикой (от греч. akustikos – звуковой). А волны, которые воспринимаются человеческим слухом, называются акустическими или звуковыми.

Из истории звуковых явлений

Учитель: Звуки начали изучать еще в далекой древности. Первые наблюдения по акустике были проведены в VI веке до нашей эры. Пифагор установил связь между высотой тона и длиной струны или трубы, издающей звук. В IV веке до нашей эры Аристотель первый правильно представил, как распространяется звук в воздухе. Он сказал, что звучащее тело вызывает сжатие и разряжение воздуха, и объяснил эхо отражением звука от препятствий. В XV веке Леонардо да Винчи сформулировал принцип независимости звуковых волн от различных источников.

Звуковые волны

Мир, в котором мы живем, полон всевозможных звуков. Шелест листвы, раскаты грома, шум морского прибоя, свист ветра, звериное рычание, пение птиц… . Эти звуки слышал еще древний человек. Они позволяют нам получать информацию о том, что происходит вокруг.

Услышав какой-то звук, мы обычно можем установить, что он дошел до нас от какого-то источника. Рассматривая этот источник, мы всегда найдем в нем что-то колеблющееся. Если, например, звук исходит из динамика, то в нем колеблется мембрана – легкий диск, закрепленный по его окружности. Если звук издает музыкальный инструмент, то источник звука – это колеблющаяся струна, колеблющийся столб воздуха и др.

Докажем это с помощью опытов, которые я вам продемонстрирую.

Опыт 1. Если металлическую линейку определенной длины зажать в тисках и привести в колебательное движение, то она будет издавать звук. Линейка – источник звука – колеблется.

Опыт2. Тронем струны гитары и приглядимся внимательно, и мы увидим размытые очертания, некоторое утолщение струны. Это также свидетельствует о том, что струна колеблется. Если к звучащей струне приблизить конец бумажной полоски, то полоска будет подпрыгивать от толчков струны. Пока струна колеблется, слышен звук; остановим струну, и звук прекращается.

Опыт 3. Рассмотрим прибор, который называется – камертон.

Камертон – представляет собой металлическую "рогатку", укрепленную на ящичке, у которого нет одной стенки (предназначен для настройки музыкальных инструментов. Он способен издавать звук одной частоты). Если специальным резиновым молоточком ударить по "ножкам" камертона или провести по нему смычком, то он будет издавать звук. К звучащему камертону поднесём лёгкую стеклянную бусинку на нити. Бусинка отскакивает. Почему? Это значит, что ветви камертона колеблются. Камертон был изобретен в XVIII веке для настройки музыкальных инструментов.

Вывод: Звук порождается любым колеблющимся телом.

Учитель: Запишите в тетрадь: Источниками звука являются колеблющиеся тела. Но любое ли колеблющееся тело является источником звука?

Опыт 4. Рассмотрим колеблющийся маятник. Звука нет. Почему? Потому что частота маленькая. Перестанет звучать и металлическая линейка, если переместить её в тисках вверх и тем самым удлинить свободный конец.

Вывод: Не всякое колеблющееся тело звучит. Запишите вывод в тетрадь.

Искусственные и естественные источники звука

Среди источников звука есть:

• Естественные (голос (голосовые связки), шелест листьев, жужжание комара, мухи, пчелы (колеблются крылья), шум прибоя, раскаты грома и др.)

• Искусственные (камертон, струна, колокол, мембрана и др.)

Воздух, которым мы дышим, выходит из лёгких через дыхательные пути в гортань. В гортани находятся голосовые связки. Под давлением выдыхаемого воздуха они начинают колебаться. Роль резонатора играют полости рта и носа, а также грудь.

Если мы расположим руку на горло, скажи что-нибудь, и ты почувствуешь, как вибрируют твои голосовые связки.

Учитель: Но каким образом мы воспринимаем звуки? Как они доходят до нашего уха?

Посмотрим на плакат «Анализатор слуха».

Мы воспринимаем звуки, находясь на расстоянии от их источников. Обычно звук доходит до нас по воздуху. Когда тело звучит, оно колеблется, его колебания передаются близлежащим частицам воздуха, которые начинают колебаться и передают колебания соседним частицам, а те в свою очередь передают колебания дальше. Сжатие и разрежение воздуха достигают нашего уха и приводят барабанную перепонку в колебательное движение. В результате в воздухе образуются и распространяются звуковые волны, а у нас возникают определённые слуховые ощущения.

Проведём опыт с воздушным шаром.

Вопрос: за счёт чего создаётся звук.

(Воздух в шарике находится под давлением в сжатом состоянии. Затем, резко расширяется и создаёт звуковую волну.)

Итак, звук создаёт не только колеблющееся, но и резко расширяющееся тело. Очевидно, что во всех случаях возникновения звука происходит перемещение слоёв воздуха, т.е. возникает звуковая волна. Она представляет собой зоны сжатия и разряжения упругой среды (воздуха), звуковая волна – продольная волна.

Мы выяснили, что такое звук и каковы его источники.

Исследования показали, что человеческое ухо способно воспринимать как звук механические колебания в пределах от 16 Гц до 20000Гц. Колебания этого диапазона частот называются звуковыми. Но указанные границы диапазона несколько условны, т.к. зависит от индивидуальных особенностей слухового аппарата, от возраста людей. Обычно с возрастом верхняя частотная граница воспринимаемых звуков значительно понижается – некоторые пожилые люди могут слышать звуки с частотами, не превышающими 6000 Гц. Дети же, наоборот, могут воспринимать звуки, частота которых несколько больше 20000 Гц.

Диапазон частот – ультразвук, инфразвук

Механические колебания, частота которых превышает 20000 Гц, называются ультразвуковыми. Собаки, например, могут слышать звуки частотой до 60000 Гц, летучие мыши – до 150000 Гц, а дельфины – до 200000Гц.

Механические колебания с частотами менее 20 Гц называются инфразвуковыми. Некоторые насекомые имеют слуховой аппарат, чувствительный к инфразвуку. Например, кузнечики воспринимают частоты от 10 Гц, а сверчки – от 2 Гц.

Инфразвук и ультразвук человек не воспринимает, а некоторые животные могут их слышать.

Опыт с источником инфразвука и ультразвука.

Инфразвук

Жители морских побережий давно заметили, что многие морские птицы и животные заблаговременно узнают о приближении шторма. Дельфины заплывают за скалы, пингвины ложатся на снег и вытягивают свои клювы в направлении, в котором должна прийти метель, медузы задолго до приближения шторма спешат укрыться на большой глубине. Причина этих и подобных явлений кроется в том, что некоторые животные способны улавливать недоступные уху человека инфразвуковые колебания. В природе инфразвук возникает из-за вихревого движения воздуха в атмосфере или в результате медленных колебаний различных тел. Из-за малого поглощения и рассеяния инфразвук может распространяться на огромные расстояния.

Любой очень громкий звук несет с собой, как правило, и инфразвуковую составляющую. При этом инфразвук с высоким уровнем интенсивности оказывает вредное воздействие на человеческий организм. При воздействии инфразвука на частотах 4-8 Гц человек ощущает перемещение внутренних органов, на частотах 12 Гц - приступ морской болезни.

Применение инфразвука

Вместе с тем инфразвук вследствие большой дальности распространения нашел полезное применение при определении места извержения вулканов или взрыва, при исследовании океанической среды и верхних слоев атмосферы. Анализ инфразвукового измерения подводных извержений позволяет предсказать цунами за 15 часов до наступления шторма.

Ультразвук

Среди представителей животного мира встречаются виды, которые могут ориентироваться в пространстве с необычайной точностью. Например, летучие мыши могут легко обнаружить проволоку диаметром менее 0,3 мм, несмотря на то, что она дает слабый отраженный сигнал. Дельфины могут обнаруживать рыб, служащих им пищей, а также различать их вид на расстоянии до 3 км. Причиной подобного явления служат особенности локационного аппарата этих животных. Дело в том, что диапазон частот акустических колебаний, создаваемых этими животными, гораздо шире, чем у человека (у летучих мышей от 30 Гц до 100 кГц, у дельфинов - от нескольких сотен герц до 170 кГц).

Чувствительные приемники показали, что ультразвук присутствует в шуме ветра и водопада, в звуках, производимых живыми существами. Выяснилось, что многие насекомые воспринимают ультразвук (сверчки, цикады, кузнечики). Восприятие ультразвука в диапазоне частот до 100 кГц обнаружено у многих грызунов. Известно, что и собаки слышат такие колебания. Этим пользуются при подаче служебным собакам сигналов, которых не слышат окружающие люди.

Применение ультразвука

Ультразвук называют «дробящим» звуком, так как его действие приводит к образованию эмульсий (если раздробленное вещество - жидкость) или суспензий (если раздробленное вещество - твердое тело). При помощи ультразвука можно смешать масло с водой, ртуть с водой. Это свойство ультразвука используют в фармакологии для приготовления лекарственных препаратов.

Ультразвук оказывает значительное физиологическое воздействие на живые организмы. Например, воздействие ультразвуком на семена некоторых растений стимулирует их развитие и увеличивает урожайность. С другой стороны, некоторые организмы погибают под действием ультразвукового излучения.

УЗИ (ультразвуковое исследование) микроструктуры органов и тканей позволяет выявить многие патологии на ранних стадиях заболеваний.

Ультразвук нашел применение в глазной хирургии при высокоточных операциях на хрусталике. УЗИ используется при наблюдении за состоянием плода за несколько месяцев до рождения. Подобная методика позволяет с известной степенью точности определить пол будущего ребенка и проследить за всеми стадиями его развития.

Важную роль играет ультразвук и в гидроакустике, поскольку звук является единственным видом волн, хорошо распространяющихся в морской воде.

Ультразвук находит широкое применение в технике. Например, направленные узкие пучки ультразвука применяются для измерения глубины моря (рис. 78). Для этой цели на дне судна помещают излучатель и приёмник ультразвука.

Излучатель даёт короткие сигналы, которые доходят до дна и, отражаясь от него, достигают приёмника. Моменты излучения и приёма сигнала регистрируются. Таким образом, за время t, которое проходит с момента отправления сигнала до момента его приёма, сигнал, распространяющийся со скоростью v, проходит путь, равный удвоенной глубине моря, то есть 2h:

2h=vt.

Отсюда легко вычислить глубину моря:

h=vt/2.

Метод определения расстояний до различных предметов и обнаружение месторасположения с помощью звуковых волн называется эхолокацией.

Учитель: А знаете ли вы…

• Когда растению становится трудно добывать воду из пересохшей почвы, стебель растения начинает издавать ультразвуковые шумы.

• Звук, издаваемый синим китом громче, чем звук стартующей ракеты.

• Рыбы могут издавать звуки с помощью зубов, воздушного пузыря, хвоста. Пескари – пищат, лещи – издают булькающие звуки.

• В результате движения слоев песка Гавайских островов звучание песка напоминает лай собаки.

Из всего многообразия механических колебаний для человека наиболее важны именно звуковые, с помощью которых люди общаются друг с другом.

Когда мы говорим, поем, играем на музыкальных инструментах, то создаем звуковые волны, которые распространяются в воздухе, достигают человеческого уха и вызывают вынужденные колебания барабанной перепонки. Именно эти колебания человек и воспринимает, как звук. К следующей информации можно отнестись с некоторой долей иронии, а можно действовать по принципу: «Сказка ложь, да в ней намек, добрым молодцам урок».

“ Слушай правым ухом”. А знаете ли вы, что…

Успех и счастье будут вашими, если при разговоре правильно ориентировать уши, повышая тем самым умственное восприятие услышанного, по меньшей мере, на 30 процентов. Таково заключение исследования норвежских ученых из университета в Бергене.

Согласно им, левое ухо активизирует правое полушарие мозга, управляющее эмоциями и интуицией. Правое же ухо посылает сигнал в левое полушарие, которое имеет дело с логикой и объективной информацией. Зная, каким ухом слушать, и закрывая другое, можно, как говорится, быть “все внимание”, слушая других, и максимально использовать возможности мозга.

Если вы, например, говорите с любимым человеком, то слушать его лучше левым ухом,– объясняет психолог Ингрид Холнрд. Во время делового разговора слушайте правым ухом, чтобы быть логичным.

С мамой. Это единственный человек, с которым можно быть откровенным до конца. Пользуйтесь левым ухом, чтобы вы могли слушать с любовью.

С учителем. Обратите к нему оба уха: правое – чтобы воспринимать точные или естественные науки, и левое – когда предметом становится литература, искусство, музыка. Включайте свое правое ухо, когда учитель предлагает что-либо запомнить.

С врачом. Включайте правое ухо, так как вам надо воспринимать без эмоций информацию, что происходит с вашим здоровьем, и как четко выполнять его предписания.

5. Эмоциональная разгрузка

Учитель: Посмотрите, какие бывают динамики – это тоже источники звука!

Давайте немного отдохнем и посмотрим демонстрацию простых опытов со звуком.

1. «Проследи, как распространяется звук».

Опыт проводится с пластиковой бутылкой, у которой срезана нижняя часть и закрыта куском пакета или пленки, прикрепленного с помощью резинки. Если кончиками пальцев стукнуть по пленке, то пламя свечи около горлышка бутылки погаснет.

(Ударяя по натянутой пленке, вызывается сотрясение маленьких частиц воздуха, находящихся возле пленки внутри бутылки. Эти колеблющиеся частички передают колебания все дальше и дальше следующим частичкам. Так звуковые колебания проходят через всю бутылку и гасят пламя).

2. «Поющий бокал». Мокрой подушечкой указательного пальца провести по торцу тонкого стакана, заполненного жидкостью, и стакан «запоет».

(При движении пальца по бокалу кожа то зацепляется за стекло, то проскальзывает по его поверхности. При этом возникают упругие деформации стакана, сопровождаемые звуком. А так как бокал — твердое тело, имеющее полость, то он является резонатором, усиливающим звук. Высота звука зависит от размеров резонатора).

3. Видеоролик «Поющие бокалы»

6. Закрепление новых знаний

Учитель: Отдохнули? А теперь применим полученные на уроке знания – порешаем интересные задачи.

1. Какой прибор был изобретён для настройки музыкальных инструментов? (Для настройки музыкальных инструментов был изобретён камертон. Он способен издавать звук одной частоты)

2. Почему бесшумен полет бабочки? (Потому что колебания происходят с малой частой и люди не способны воспринимать эти звуковые волны)

3. Какое насекомое чаще машет крыльями в полете: шмель, комар или муха? (Чаще машет крыльями комар, т. к. частота колебаний его крыльев больше, чем частота колебаний крыльев мухи и шмеля. Звук комара выше (писк) , значит его частота больше)

4. Почему мы слышим звук от летящего комара, а от летящей птицы не слышим? (Частота взмахов крыльями у комара намного больше, чем у птицы. Поэтому мы способны воспринимать распространяющиеся колебания на уровне слуха)

5. Верно ли выражение «Нем как рыба»? (Известная поговорка: “ Нем как рыба” оказалась неправильной: рыбы издают множество звуков, например, ставрида может лаять, как собака, морской налим урчит и хрюкает и т. д.. Различные звуки они издают с помощью зубов, воздушного пузыря, хвоста. Звуки им служат для общения и для отпугивать врагов. Рыбаки знают, что пескарь может пищать, а лещи издавать булькающие звуки. Но рыбы и воспринимают звук. Так хищники спешат на то место, где произошел всплеск другой, мелкой рыбы)

6. Почему летучие мыши даже в полной темноте не налетают на препятствия? (Эхолокатор позволяет этим животным ориентироваться в абсолютной темноте, то есть без помощи зрения, только на слух. Они как бы видят ушами. Поэтому такой способ ориентации иногда называют звуковидением)

Давайте проверим, как хорошо вы усвоили тему урока, проведем физический диктант.

Физический диктант ученика ___________________________________________

1. Раздел физики, в котором изучаются звуковые явления, называется …

2. Звуковые волны могут распространяются в …….

3. Обязательными условиями возбуждения звуковой волны являются

1: наличие источника колебаний

2: наличие упругой среды

3: наличие газовой среды

1. Звук – это……………волна.

2. Звуковые волны характеризуются ……., ………, ……… .

3. Ультразвук – это колебания с частотой………… .

4. Инфразвук – это колебания с частотой …………. .

5. Колебания, возникающие в упругой среде с частотой от 20Гц до 20кГц, называются……… .

6. Источником звука является…………….. .

7. Два космонавта находятся в космическом пространстве. Услышат ли они друг друга? (да, нет и почему)

7. Подведение итогов урока, выставление оценок.

Итак, сегодня на уроке мы познакомились с физической природой звука, выяснили, какие источники звука бывают, узнали, как слышат животные и человек, закрепили решением задач.

Учитель выставляет оценки с комментированием их.

Рефлексия

Сегодня я узнал..

Было интересно…

Было трудно…

Я понял, что…

Я научился…

Меня удивило…

Мне захотелось…

8. Изложение домашнего задания

§ 30 учить

Создать презентации (на выбор):

1. Звук в живой природе.

2. Ультразвук и его применение.

3. Эхолокация в природе и технике.

4. Инфразвук и его применение.

5. Как звук воспринимается животными и насекомыми