Механические волны

ТЕМА  «Механические волны. Звуковые волны.»

Цель урока: Познакомить учащихся с понятием: механических  волн,  их свойствами, механизмом возникновения и распространением волн.

Задачи урока:

Образовательные: получение новых знаний о волнах, распространяющихся в упругой среде.

Развивающие: расширение  кругозора  учащихся,  развитие исследовательских умений, умений  анализировать, сравнивать, умение самостоятельно «добывать» знания и делать выводы.

Воспитывающие: воспитание культуры общения, умение выражать свои мысли, слушать товарищей.

Ход работы

1.Организационный момент

2.Актуализация знаний(проверка д/з)

3.Изучение нового материала

Ме­ха­ни­че­ские ко­ле­ба­ния 

Для на­ча­ла вспом­ним, что ме­ха­ни­че­ская волна – это ко­ле­ба­ние, ко­то­рое рас­про­стра­ня­ет­ся с те­че­ни­ем вре­ме­ни в упру­гой среде. Раз это ко­ле­ба­ние, волне будут при­су­щи все ха­рак­те­ри­сти­ки, ко­то­рые со­от­вет­ству­ют ко­ле­ба­нию: ам­пли­ту­да, пе­ри­од ко­ле­ба­ния и ча­сто­та. Кроме этого, у волны по­яв­ля­ют­ся свои осо­бые ха­рак­те­ри­сти­ки. Одной из таких ха­рак­те­ри­стик яв­ля­ет­ся длина волны. Обо­зна­ча­ет­ся длина волны гре­че­ской бук­вой l (лямб­да, или го­во­рят «ламбда») и из­ме­ря­ет­ся в мет­рах.

А – ам­пли­ту­да [м]

Т – пе­ри­од [с]

ν – ча­сто­та [Гц]

l – длина волны [м]

Что такое длина волны? Длина волны – это наи­мень­шее рас­сто­я­ние между ча­сти­ца­ми, со­вер­ша­ю­щи­ми ко­ле­ба­ние с оди­на­ко­вой фазой.

Рис. 1. Длина волны, ам­пли­ту­да волны

Го­во­рить о длине волны в про­доль­ной волне слож­нее, по­то­му что там про­на­блю­дать ча­сти­цы, ко­то­рые со­вер­ша­ют оди­на­ко­вые ко­ле­ба­ния, го­раз­до труд­нее. Но и там есть ха­рак­те­ри­сти­ка – длина волны, ко­то­рая опре­де­ля­ет рас­сто­я­ние между двумя ча­сти­ца­ми, со­вер­ша­ю­щи­ми оди­на­ко­вое ко­ле­ба­ние, ко­ле­ба­ние с оди­на­ко­вой фазой.

 Скорость волны

Сле­ду­ю­щая ха­рак­те­ри­сти­ка – это ско­рость рас­про­стра­не­ния волны (или про­сто ско­рость волны).Ско­рость волны обо­зна­ча­ет­ся, так же как и любая дру­гая ско­рость, бук­вой V и из­ме­ря­ет­ся в м/с. Как на­гляд­но объ­яс­нить, что такое ско­рость волны? Проще всего это сде­лать на при­ме­ре по­пе­реч­ной волны. Пред­ставь­те себе ле­тя­щую над греб­нем волны чайку. Ее ско­рость по­ле­та над греб­нем и будет ско­ро­стью самой волны.

Рис. 2. К опре­де­ле­нию ско­ро­сти волны

 Связь длины волны и ее скорости

Ско­рость волны за­ви­сит от того, ка­ко­ва плот­ность среды, ка­ко­вы силы вза­и­мо­дей­ствия между ча­сти­ца­ми этой среды. За­пи­шем связь между ско­ро­стью волны, дли­ной волны и пе­ри­о­дом волны: .

Ско­рость можно опре­де­лить как от­но­ше­ние длины волны, рас­сто­я­ние, прой­ден­ное вол­ной за 1 пе­ри­од, к пе­ри­о­ду ко­ле­ба­ния ча­стиц среды, в ко­то­рой рас­про­стра­ня­ет­ся волна. Кроме этого, вспом­ним, что . Тогда имеем еще одно со­от­но­ше­ние для ско­ро­сти волны: V = lν.

Важно за­ме­тить, что при пе­ре­хо­де волны из одной среды в дру­гую из­ме­ня­ют­ся ее ха­рак­те­ри­сти­ки: ско­рость дви­же­ния волн, длина волны. А вот ча­сто­та ко­ле­ба­ния оста­ет­ся преж­ней.

По­го­во­рим мы и о ха­рак­те­ри­сти­ках звука – вы­со­те, гром­ко­сти и темб­ре. Пре­жде чем го­во­рить о звуке, о зву­ко­вых вол­нах, да­вай­те вспом­ним, что ме­ха­ни­че­ские волны рас­про­стра­ня­ют­ся в упру­гих сре­дах. Часть про­доль­ных ме­ха­ни­че­ских волн, ко­то­рая вос­при­ни­ма­ет­ся че­ло­ве­че­ски­ми ор­га­на­ми слуха, на­зы­ва­ет­ся зву­ком, зву­ко­вы­ми вол­на­ми. Звук – это вос­при­ни­ма­е­мые че­ло­ве­че­ски­ми ор­га­на­ми слуха ме­ха­ни­че­ские волны, ко­то­рые вы­зы­ва­ют зву­ко­вые ощу­ще­ния.

 Диапазон звуковых волн

Опыты по­ка­зы­ва­ют, что че­ло­ве­че­ское ухо, ор­га­ны слуха че­ло­ве­ка вос­при­ни­ма­ют ко­ле­ба­ния ча­сто­та­ми от 16 Гц до 20000 Гц. Имен­но этот диа­па­зон мы и на­зы­ва­ем зву­ко­вым. Ко­неч­но, су­ще­ству­ют волны, ча­сто­та ко­то­рых мень­ше 16 Гц (ин­фра­звук) и боль­ше 20000 Гц (уль­тра­звук). Но этот диа­па­зон, эти раз­де­лы че­ло­ве­че­ским ухом не вос­при­ни­ма­ют­ся.

Ин­фра­звук                                  Звук                                       Уль­тра­звук

|________________|_______________________________|______________________

0                            16–20                                                              20000                                          Гц

 Рис. 1. Диа­па­зон слы­ши­мо­сти че­ло­ве­че­ско­го уха

Как мы го­во­ри­ли, об­ла­сти ин­фра­зву­ка и уль­тра­зву­ка че­ло­ве­че­ски­ми ор­га­на­ми слуха не вос­при­ни­ма­ют­ся. Хотя могут вос­при­ни­мать­ся, на­при­мер, неко­то­ры­ми жи­вот­ны­ми, на­се­ко­мы­ми.

Что такое ис­точ­ник звука? Ис­точ­ни­ка­ми звука могут быть любые тела, ко­то­рые со­вер­ша­ют ко­ле­ба­ния со зву­ко­вой ча­сто­той (от 16 до 20000 Гц)

 Между слу­хо­вым ап­па­ра­том че­ло­ве­ка и ис­точ­ни­ком зву­ко­вых волн обя­за­тель­но долж­на быть среда. Эта среда может га­зо­об­раз­ной быть, жид­кой, твер­дой, но это обя­за­тель­но долж­ны быть ча­сти­цы, спо­соб­ные пе­ре­да­вать ко­ле­ба­ния. Про­цесс пе­ре­да­чи зву­ко­вых волн дол­жен обя­за­тель­но про­ис­хо­дить там, где есть ве­ще­ство. Если ве­ще­ства нет, ни­ка­ко­го звука мы не услы­шим.

 Условия, необходимые для существования звука

Для су­ще­ство­ва­ния звука необ­хо­ди­мы:

1. Ис­точ­ник звука

2. Среда

3. Слу­хо­вой ап­па­рат

4. Ча­сто­та 16–20000 Гц

5. Ин­тен­сив­ность

 Высота

Те­перь пе­рей­дем к об­суж­де­нию ха­рак­те­ри­стик звука. Пер­вая – это вы­со­та звука. Вы­со­та звука –ха­рак­те­ри­сти­ка, ко­то­рая опре­де­ля­ет­ся ча­сто­той ко­ле­ба­ний. Чем боль­ше ча­сто­та у тела, ко­то­рое про­из­во­дит ко­ле­ба­ния, тем звук будет выше.

 Тембр

Сле­ду­ю­щая ха­рак­те­ри­сти­ка – тембр звука. Темб­ром на­зы­ва­ет­ся окрас­ка звука. Как можно про­ил­лю­стри­ро­вать эту ха­рак­те­ри­сти­ку? Тембр – это то, чем от­ли­ча­ют­ся два оди­на­ко­вых звука, ис­пол­нен­ные раз­лич­ны­ми му­зы­каль­ны­ми ин­стру­мен­та­ми. Вы все зна­е­те, что нот у нас всего семь. Если мы услы­шим одну и ту же ноту ля, взя­тую на скрип­ке и на фор­те­пи­а­но, то мы от­ли­чим их. Мы сразу смо­жем ска­зать, какой ин­стру­мент этот звук со­здал. Имен­но эту осо­бен­ность – окрас­ку звука – и ха­рак­те­ри­зу­ет тембр. Нужно ска­зать, что тембр за­ви­сит от того, какие вос­про­из­во­дят­ся зву­ко­вые ко­ле­ба­ния, кроме ос­нов­но­го тона. Дело в том, что про­из­воль­ные зву­ко­вые ко­ле­ба­ния до­воль­но слож­ные. Они со­сто­ят из на­бо­ра от­дель­ных ко­ле­ба­ний, го­во­рят спек­тра ко­ле­ба­ний. Имен­но вос­про­из­ве­де­ние до­пол­ни­тель­ных ко­ле­ба­ний (обер­то­нов) и ха­рак­те­ри­зу­ет кра­со­ту зву­ча­ния того или иного го­ло­са или ин­стру­мен­та. Тембр яв­ля­ет­ся одним из ос­нов­ных и ярких про­яв­ле­ний звука.

 Громкость

Еще одна ха­рак­те­ри­сти­ка – гром­кость. Гром­кость звука за­ви­сит от ам­пли­ту­ды ко­ле­ба­ний. Да­вай­те по­смот­рим и убе­дим­ся, что гром­кость свя­за­на с ам­пли­ту­дой ко­ле­ба­ний. Итак, возь­мем ка­мер­тон. Сде­ла­ем сле­ду­ю­щее: если уда­рить по ка­мер­то­ну слабо, то ам­пли­ту­да ко­ле­ба­ний будет неболь­шая и звук будет тихий. Если те­перь по ка­мер­то­ну уда­рить силь­нее, то и звук го­раз­до гром­че. Это свя­за­но с тем, что ам­пли­ту­да ко­ле­ба­ний будет го­раз­до боль­ше. Вос­при­я­тие звука – вещь субъ­ек­тив­ная, за­ви­сит от того, каков слу­хо­вой ап­па­рат, ка­ко­во са­мо­чув­ствие че­ло­ве­ка.

4.      Итог урока. Оценки

1.      Что такое механическая волна?

2.      Какие виды волн мы рассмотрели?

3.      Что такое длина волны? В чем измеряется?

4.      Какие характеристики звуковой волны?

5.Д/з:§24выучить, задача 24.1

Скачано с www.znanio.ru