Урок физики: " Источники звука" 9 класс

Цель урока: Сформировать представление о звуке. Задачи урока: Образовательные: создать условия для активизации знаний учащихся о звуке, полученные при изучении естествознания, способствовать расширению и систематизации знаний учащихся о звуке. Развивающие: продолжить развивать умение применять знания и собственный опыт в различных ситуациях, способствовать развитию мышления, анализу полученных знаний, выделения главного, обобщения и систематизации. Воспитательные: способствовать формированию бережного отношения к себе и окружающим, содействовать формированию гуманности, доброты, ответственности. Тип урока: раскрывающий содержание. Оборудование: камертон, шарик на нити, воздушный колокол, язычковый частотомер, набор дисков с разным количеством зубцов, открытка, линейка металлическая, мультимедийное оборудование, диск с презентацией, разработанной учителем к данному уроку. Ход урока Среди разнообразных колебательных и волновых движений, встречающихся в природе и технике, особо важное значение в жизни человека имеют звуковые колебания и волны, и просто звуки. В повседневной жизни – это чаще всего волны, распространяющиеся в воздухе. Известно, что звук распространяется и в других упругих средах : в земле, в металлах. Погрузившись с головой в воду, можно издали отчетливо услышать стук двигателя приближающегося катера. При осаде в крепостных стенах помещали «слухачей», которые следили за земляными работами противника. Иногда это были слепцы, у которых особенно обострен слух. По звукам, передающимся в Земле, был, например, своевременно обнаружен подкоп врага к стенам Загорского монастыря. Благодаря наличию у человека органа слуха он получает из окружающей среды с помощью звуков большую и разнообразную информацию. Посредством звуков осуществляется и человеческая речь. Перед вами на столе находятся рабочие листы со строками из произведения Чарльза Диккенса «Сверчок за очагом». Каждый из вас должен подчеркнуть те слова, которые выражают звук. 1 вариант Перепуганный косец пришел в себя только тогда, когда часы перестали трястись под ним, а скрежет и лязг их цепей и гирь окончательно прекратился. Немудрено, что он так разволновался: ведь эти дребезжащие, костлявые часы – не часы, а сущий скелет! – способны на кого угодно нагнать страху, когда начнут щелкать костями… ….Тогда-то, заметьте себе, чайник и решил приятно провести вечерок. Что-то неудержимо заклокотало у него в горле, и он уже начал издавать отрывистое звонкое фырканье, которое тотчас обрывал, словно еще не решив окончательно, стоит ли ему сейчас показывать себя компанейским малым. Тогда-то, после двух-трех тщетных попыток заглушить в себе стремление к общительности, он отбросил всю свою угрюмость, всю свою сдержанность и залился такой уютной, такой веселой песенкой, что никакой плакса-соловей не мог за ним угнаться…. ….Чайник пел свою песенку так весело и бодро, что все его железное тело гудело и подпрыгивало над огнем; и даже сама крышка стала выплясывать что-то вроде джиги и стучать по чайнику ( скрежет, лязг, дребезжащие, щелкать, звонкое фырканье, песенкой, залился, пел, гудело, стучать). 2 вариант: Вот тут-то, если хотите, сверчок и вправду начал вторить чайнику! Он так громко подхватил припев на свой собственный стрекочущий лад – стрек, стрек, стрек! – голос его был столь поразительно несоразмерен с его ростом по сравнению с чайником, что если бы он тут же разорвался, как ружье, в которое заложен чересчур большой заряд, это показалось бы вам естественным и неизбежным концом, к которому он сам изо всех сил стремился. ….Чайнику больше уже не пришлось петь соло. Он продолжал исполнять свою партию с неослабленным рвением, но сверчок захватил роль первой скрипки и удержал её. Боже ты мой, как он стрекотал! Тонкий, резкий, пронзительный голосок его звенел по всему дому и, наверное, даже мерцал, как звезда во мраке, за стенами. Иногда на самых громких звуках он пускал вдруг такую неописуемую трель, что невольно казалось – сам он высоко подпрыгивает в порыве вдохновения, а затем снова падает на ножки. Тем не менее они пели в полном согласии, и сверчок и чайник… Тема песенки оставалась все та же, и соревнуясь, они распевались все громче, и громче, и громче. (громко, припев, стрекочущий лад – стрек, стрек, стрек, разорвался, соло, стрекотал, резкий, пронзительный голосок, звенел, громких звуков, трель, пели, песенки, распевали, громче) Мы живем в мире звуков. Раздел физики, изучающий звуковые явления, называется акустикой (слайд 1). Источниками звука являются колеблющиеся тела (слайд 2). «Все, что звучит, обязательно колеблется, но не все, что колеблется, звучит». Приведем примеры колеблющихся, но не звучащих тел. Язычки частотомера, длинная линейка. Какие примеры вы можете привести? (ветка на ветру, поплавок на воде и т.д.) Укоротим линейку и услышим звук. Воздушный колокол также издает звуки. Докажем, что звучащее тело колеблется. Для этого возьмем камертон. Камертон представляет собой дугообразный стержень, закрепленный на держателе, ударим по нему резиновым молоточком. Поднеся звучащий камертон к маленькому шарику, висящему на нити, мы увидим, что шарик отклоняется. Если провести звучащим камертоном по стеклу, покрытому сажей, мы увидим график колебаний камертона. Как называется такой график? (камертон совершает гармонические колебания) Источниками звука могут быть жидкие тела, и даже газы. Воздух гудит в дымоходе и вода поет в трубах. А какие примеры источников звука приведете вы? (механические часы, кипящий чайник, звук, издаваемый двигателем) 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. В результате в воздухе образуются и распространяются звуковые волны. Звуковая волна представляет собой зоны сжатия и разряжения упругой среды (воздуха), звуковая волна – продольная волна (слайд 3). Мы воспринимаем звук благодаря нашему органу слуха – уху. (Один из учеников рассказывает, как это происходит) (слайд 4). (Другой ученик рассказывает о вреде наушников.) «Изучая в течение двух месяцев поведение молодежи в столичном метрополитене, специалисты пришли к выводам, что в московском метро каждые 8 из 10 активных пользователей портативных электронных устройств слушают музыку. Для сравнения: при интенсивности звука в 160 децибел деформируются барабанные перепонки. Мощность звука, воспроизводимая плеерами через наушники, приравнивается к 110–120 децибел. Таким образом, на уши человека идет воздействие, равное тому, которое оказывается на человека, стоящего в 10 метрах от ревущего реактивного двигателя. Если такое давление на барабанные перепонки оказывается ежедневно, человек рискует оглохнуть. "За последние пять лет на прием стали чаще приходить молодые парни и девушки, – рассказала НИ отоларинголог Кристина Ананькина. – Все они хотят быть модными, постоянно слушать музыку. Однако длительное воздействие громкой музыки просто убивает слух". Если после рок-концерта организму нужно несколько дней, чтобы восстановиться, то при каждодневной атаке на уши времени на приведение слуха в порядок уже не остается. Слуховая система перестает воспринимать высокие частоты."Любой шум интенсивностью более 80 децибел негативно влияет на внутреннее ухо, – сообщает кандидат медицинских наук, сурдолог Василий Корвяков. – Громкая музыка поражает клетки, отвечающие за восприятие звука, особенно если атака идет прямо из наушников. Ситуацию ухудшает еще и вибрация в метро, которая также негативно влияет на структуру уха. В сочетании эти два фактора провоцируют острую тугоухость. Основная ее опасность в том, что она наступает буквально в одночасье, однако вылечить ее очень проблематично". Из-за шумового воздействия в нашем ухе отмирают волосковые клетки, отвечающие за передачу звукового сигнала в мозг. А способа восстановить эти клетки медицина пока не нашла». Человеческое ухо воспринимает колебания частотой от 16–20000Гц. Все, что лежит до 16 Гц, – инфразвук, что после 20000Гц – ультразвук (слайд 6). Инфразвуковые волны меньше 16 Гц Звуковые волны 16–20000 Гц Ультразвуковые волны больше 200000 Гц Сейчас мы прослушаем диапазон от 20 до 20000 Гц, и каждый из вас определит свой порог слышимости (слайд 5). (Генератор см. в Приложении 2) Mногие животные слышат инфра- и ультра- звуки. Выступление учащегося (слайд 6). Звуковые волны распространяются в твердых, жидких и газообразных телах, но не могут распространяться в безвоздушном пространстве. Измерения показывают, что скорость звука в воздухе при 00С и нормальном атмосферном давлении равна 332 м/с. При повышении температуры скорость увеличивается. Для задач мы берем 340 м/с. (Один из учеников решает задачу.) Задача. Скорость звука в чугуне впервые была определена французским ученым Био следующим образом. У одного конца чугунной трубы ударяли в колокол, у другого конца наблюдатель слышал два звука: сначала – один, пришедший по чугуну, а, спустя некоторое время, – второй, пришедший по воздуху. Длина трубы 930 метров, промежуток времени между распространением звуков оказался равным 2,5с. Найдите по этим данным скорость звука в чугуне. Скорость звука в воздухе равна 340 м/с (Ответ: 3950 м/с). Скорость звука в различных средах (слайд 7). Мягкие и пористые тела – плохие проводники звука. Чтобы защитить какое- нибудь помещение от проникновения посторонних звуков, стены, пол и потолок прокладывают прослойками из звукопоглощающих материалов. Такими материалами являются: войлок, прессованная пробка, пористые камни, свинец. Звуковые волны в таких прослойках быстро затухают. Мы видим, как многообразен звук, охарактеризуем его. Звук, издаваемый гармонически колеблющимся телом, называется музыкальным тоном. Каждому музыкальному тону (до, ре, ми, фа, соль, ля, си) соответствует определенная длина и частота звуковой волны (слайд 8). У нашего камертона тон ля, частота 440 Гц. Шум – хаотическая смесь гармонических звуков. Музыкальные звуки (тоны) характеризуются громкостью и высотой тона, тембром. Слабый удар по ножке камертона вызовет колебания малой амплитудой, мы услышим тихий звук. Сильный удар вызовет колебания с большей амплитудой, мы услышим громкий звук. Громкость звука определяется амплитудой колебаний в звуковой волне (слайд 9). Сейчас я буду вращать 4 диска, у которых разное количество зубцов. Я буду касаться открыткой этих зубцов. У диска с большими зубцами открытка колеблется чаще и звук выше. У диска с меньшим количеством зубцов открытка колеблется меньше и звук ниже. Высота звука определяется частотой звуковых колебаний. Чем больше частота, тем выше звук. (слайд 10) Самая высокая человеческая нота сопрано около 1300 Гц Самая низкая человеческая нота басовая около 80 Гц. У кого выше тон у комара или у шмеля? А как вы думаете, кто чаще машет крыльями комар или шмель. Мы узнаем друг друга по голосу, различаем звучания скрипки и рояля. Это качество звука, окраска голоса называется тембром. Тембр звука – это своеобразная окраска звука, по которой мы различаем голоса людей различных инструментов (слайд 11). Всякий сложный музыкальный звук состоит из ряда простых гармонических звуков. Самый низкий из них является основным. Остальные выше его в целое число раз, например, в 2 или 3–4 раза. Их называют обертонами. Чем больше к основному тону примешано обертонов, тем богаче будет звук. Высокие обертоны придают тембру «блеск» и «яркость» и «металличность». Низкие придают «мощность» и «сочность». А.Г.Столетов писал: «Простые тоны, какие мы имеем от наших камертонов – не употребляются в музыке, они так же пресны и безвкусны, как дистиллированная вода». Закрепление Как называется учение о звуке? На Луне произошел сильный взрыв. Например, извержение вулкана. Услышим мы его на Земле? Голосовые связки колеблются с меньшей частотой у человека, поющего басом или тенором? При полете большинства насекомых издается звук. Чем он вызван? Как могли бы люди переговариваться на Луне? Почему при проверке колес вагонов во время остановки поезда их простукивают? Возможные вопросы. 1. Почему при закрытых дверях и окнах шум с улицы или из коридоров в комнате менее слышен? Воздух значительно хуже проводит звук, чем дерево или стекло. Ответ: Закрытые двери и окна заглушают звуки только потому значительная часть звуковых волн, падающих на их поверхность, отражается назад и количество энергии, попадающей в комнату, значительно уменьшается. 2. Представьте, что вы взяли прочную бечевку (примерно 60 см) и привязали к ней в середине металлическую ложку, концы бечевки привяжем к указательным пальцам. (Опыт демонстрируется). Оба конца имеют одинаковую длину. Заткнув уши пальцами, и наклонившись вперед, чтобы ложка свободно повисла и стукнулась с краем стола. Послышится звук, напоминающий колокольный звон. Объясните опыт. Ответ: Ударяясь о стол, металл начинает колебаться. Эти колебания по бечевке передаются ушам. Мы слышим, благодаря тому, 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 чего 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. 3. Почему тонкий бокал, наполненный жидкостью, “поет”, если мокрой подушечкой указательного пальца водить по его торцу? (Можно данный опыт продемонстрировать). Ответ: 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. 4. Когда мы держим стакан в руке и размешиваем чай в нем ложкой, то слышим звук. Затем, поставив стакан на стол и продолжая помешивать чай, слышим другой звук. Почему? Ответ: Звуковые колебания стакана передались столу. 5. Все мы наблюдали грозу, как можно определить, на каком расстоянии находится эпицентр грозы? Ответ: Увидев вспышку молнии, необходимо по часам засечь время, а потом по часам определить момент, когда слышны раскаты грома. Зная, что молния и гром происходят одновременно, что свет распространяется очень быстро, скорость звука в воздухе при 20 о С примерно 343 м/с и время, за которое до него дошел звук грома, можно рассчитать путь, пройденный звуком. Он равен расстоянию до эпицентра грозы. 6. Как вы думаете, почему трубы отопления так хорошо передают звук? Ответ: Трубы твердые металлические тела: звук в таких средах распространяется с большой скоростью.Скорость звука в стали 5000-6100 м/с, а в воздухе 340 м/с. Вторая причина, в металле звук – это продольные волны, а они затухают слабо. 7. Почему люди начинают кричать? Ответ: Распространяясь по воздуху, звуковые волны передают часть своей энергии окружающей среде и поэтому затухают; их амплитуда уменьшается, нарушается и периодичность. Кроме того, в среде происходит и дисперсия звука: появляется зависимость скорости распространения волн от их частоты. В результате в ухо поступает пакет колебаний, отличающийся от испущенного, то есть весьма искаженный. И чем дальше приемник звука находится от источника, тем больше это искажение. 8. Что вы слышите и почему, если на газету насыпать небольшую горку сухого песка и начать катать по нему тяжелую цилиндрическую гирьку? Демонстрация. Ответ: Песок поскрипывает. Песчинки имеют неправильную форму, и при трении гирьки о шероховатую поверхность возникает звук; кроме того, под действием приложенной силы некоторые из них разрушаются, тоже издают звук. 9. Что произойдет, если пуговицу, через дырки которой продета резинка, прикрепленная к кусочку изогнутой проволоки, завернуть в бумагу? Демонстрация. Ответ: При вращении пуговица задевает своими краями за плотную бумагу кулька, та начинает колебаться, издавая звук. Для увеличения громкости нужно увеличить амплитуду колебаний бумаги, например, сделав на боковой поверхности пуговицы зубчики. 10. Почему в комнате первичный и отраженный звук доходят одновременно? Ответ: Потому, что шторы и мебель, находящиеся в комнате, частично поглощают отраженный звук, поэтому звуки не искажаются эхом и звучат четко и разборчиво. 11. Если в стеклянный колокол поместить электрический звонок и выкачать оттуда воздух, то звук становится слабее и слабее, и наконец прекращается. Почему? Ответ: Для того чтобы распространялся звук, необходимо, чтобы существовала упругая среда. В вакууме звуковые волны распространяться не могут. 12. Назовите, пожалуйста, морское животное, способное воспринимать упругие волны с очень высокими частотами. Ответ: Дельфин воспринимает волны с частотой колебаний в диапазоне 0,4 кГц до 200 кГц Домашнее задание: §34-38. Упражнение 30 (№ 2, 3).