План-конспект урока Механические колебания и волны вокруг нас

План-конспект урока: Механические колебания и волны вокруг нас

Цели урока: Обобщение и закрепление знаний о природе и свойствах звука.

Задачи:

Образовательная: Закрепление знаний о природе звука, его основных характеристиках и видах (музыкальные звуки, шум);

Развивающая: Развитие умений выделять существенное в изучаемом материале, сравнивать, обобщать, логически излагать свои мысли, продолжить формирование умения выявлять причинно-следственные связи.

Воспитательная: Формировать эстетические представления об окружающем мире.

Оборудование: Мультимедийный проектор, запись «Ростовских колокольных звонов». камертон с молоточком, камертон на резонаторном ящике, ракушка, колокольчики, струна, стеклянный бокал, «поющая чаша», «бамбуковый дождь» и другие звучащие тела. К уроку разработана презентация «Загадки звуковых волн».

Эпиграф к уроку:

Рожденный пустыней,

Колеблется звук.

Колеблется синий

На нитке паук.

Колеблется воздух,

Прозрачен и чист.

В сияющих звездах

Колеблется лист…

Что объединяет все те явления, о которых говорится в стихотворении Н.А. Заболоцкого «Утро»?

Ответ: В стихотворении приведены примеры колебательного движения, все они различной природы, однако подчиняются одним и тем же законам и описываются одинаковыми уравнениями.

Сегодня мы поговорим о некоторых свойствах и загадках звуковых волн.

1.Значение звука для людей:

Мы живем в мире звуков, которые позволяют нам получать информацию о том, что происходит вокруг.

Пытаются шептать клочки афиш,
Пытается кричать железо крыш,
И в трубах петь пытается вода,
И так мычат бессильно провода...

К.Я.Ваншенкин

Звуковые волны переносят энергию, которая, как и другие виды энергии, может использоваться человеком. Но главное - это огромный диапазон выразительных средств, которыми обладают речь и музыка. Еще с древних времен звуки служили людям средством связи и общения друг с другом, средством познания мира и овладения тайнами природы. Звуки - наши неизменные спутники. Они по-разному действуют на человека: радуют и раздражают, умиротворяют и придают силы, ласкают слух и пугают своей неожиданностью.

(Включается запись "Ростовских звонов".)

Сообщение ученика:

Прозвучали знаменитые звоны четырехарочной звонницы, сооруженной в 1682-1687 гг. в городе Ростове Великом, городе славы прошлого. Ростовские звоны исполняются пятью звонарями, причем язык самого большого колокола "Сысоя" раскачивают два человека. Тринадцать колоколов расположены в ряд. Звонари становятся так, чтобы видеть друг друга и соглашаться в такте.

С глубокой древности колокольный звон сопутствовал жизни народа. Своими звонами издавна славились Великий Новгород, Псков, Москва, но такого "оркестра", как в Ростове, не было нигде. Первые колокола появились в Ростове довольно рано. В летописи значится, что в 1292 г. из Ростова в Устюг послан колокол по имени "Тюрик". Летописями засвидетельствовано также, что "в 1412 году политы колокола в Ростове". Произвел отливку Филипп Андреев - мастер, который изготовил два самых крупных тогда колокола для ростовской Успенской звонницы - "Лебедь" и "Полиелей".

Аккорд этих колоколов был минорным. По неизвестным для нас причинам митрополита Иону Сысоевича это не устраивало. В Ростов был приглашен колокололитейщик Флор Терептьев, и перед ним была поставлена сложнейшая задача: существующий большой звон перевести на новый лад, сделать его мажорным. С этой задачей мастер великолепно справился. В 1688 г. он отлил колокол, вес которого составлял 2000 пудов, а тон менее чем на треть процента отклоняется от частоты, которую требования натурального строя диктовали для достижения до-мажорного трезвучия. Довольный заказчик назвал колокол именем своего отца -"Сысоем".

Язык "Сысоя" весит около 100 пудов. Вести звон на нем должны два человека. Полет языка от края происходит за 1,4 секунды. В разных звонах удары языка производятся по-разному: то в один край, то в оба. Крепление языка должно быть мягким. В давние годы язык "Сысоя" был укреплен сначала на моржовой жиле, потом па специально выделанном сыромятном ремне. В 1923 г. ремень оборвался. В те трудные годы не было возможности найти соответствующий материал. Язык укрепили на металлическом стержне и подтянули несколько выше. После этого удар языка стал приходиться не в музыкальное кольцо, а немного выше, что ослабило силу звука, изменило его тембр, вызвало скрипы.

Современные специалисты считают, что если "Сысой" чуть-чуть подточить, то до-мажорное трезвучие, издаваемое большими колоколами, будет абсолютным. Но, вероятно. делать этого не следует, а просто-напросто надо перевесить язык и довериться мастерству литейщика. Окончательное устройство звонницы, как уже говорилось, было завершено в 1689 г. Тогда 13 колоколов были повешены в один ряд и прочно укреплены на металлических крюках и толстом дубовом брусе, кроме четырех из них, висящих на другом брусе, прикрепленном к основному под прямым углом. Во второй половине XIX в. повесили еще 2 колокола. С тех пор на звоннице Успенского собора висят 15 колоколов.

Итак, перечень колоколов (по убывающему весу):

"Сысой" - 2000 пудов (32 тонны), отлит Флором Терентьевым в 1688 г. и водружен на специально для этого пристроенной высокой части звонницы;

"Полиелейный", или "Полиелей",-1000 пудов (16 тонн), отлит в 1682 г. московским мастером Филиппом Андреевым и его сыном Киприаном;

"Лебедь" - 500 пудов (8 тонн), отлит в 1682 г. также Филиппом Андреевым. Назван так за красивый трубный звук;

"Голодарь" - 171 пуд (2,7 тонны), трижды был перелит;

последний раз в 1856 г. назван так потому, что в него звонили в великий пост к определенным службам:

"Баран"-80 пудов (1,28 тонны) отлит в 1654 г. в Ростове московским мастером Емельяном Даниловым, умершим в этом же году от моровой язвы.

Следующие колокола меньшего веса имеют названия "Красный", "Козел", остальные без названия, кроме двух небольших "зазвонных", первого и второго.

На восточной стене собора, обращенной к звоннице, висел маленький, но звучный колокол "Ясак", которым давали звонарям знак о начале звона.

В частном письме Иона Сысоевич писал: "На своем дворишке лью колоколишки, дивятся людишки". Православной церкви хорошо было известно о влиянии звука колоколов на человека. Считалось, что звук басовых колоколов успокаивает, а высокочастотных - наоборот, возбуждает, поднимает настроение. Во время эпидемий принято было звонить в колокола, т.к. считалось, что звук способен остановить распространение болезни.

Однако звук не всегда применялся с лечебной целью - в древности бытовала и мучительная казнь «под колоколом», когда звуком убивали осужденного.

2. Природа звука. Условия, необходимые для существования звука.

Вопрос к классу: Что же является причиной звука? Посмотрим опыты.

Опыт 1. Демонстрируется звук, издаваемый камертоном.

Опыт 2. Демонстрируется звук, издаваемый колокольчиком.

Причиной всех звуков является вибрация (колебания) тел, хотя обычно такие колебания незаметны.

Вопрос к классу: А что является источником звука в наших опытах?

Ответ: Колебания вилки камертона в первом случае и язычка колокольчика - во втором.

Вопрос к классу: Какие бывают источники звука?

Ответ: Источники звука бывают разные. Например, музыка звучит из радиоприемника благодаря колебаниям диффузора громкоговорителя; речь и пение обусловлены колебаниями голосовых связок; колокольный звон вызван колебаниями юбки колокола при ударе о нее языка, автомобильную катастрофу сопровождает немузыкальный звук - скрежет - вследствие беспорядочных колебаний кузовов столкнувшихся автомобилей под действием удара. Итак, мы выяснили, что источником звука являются тела, совершающие колебания. Звук - механические волны, распространяющиеся в упругой среде (газе, жидкости, твердом теле) и воспринимаемые человеческим ухом. Диапазон звуковых частот от 20 до 20 кГц. Волны с частотой менее 20 Гц называют инфразвуком, а с частотой более 20 кГц- ультразвуком. Изучением звуковых явлений занимается акустика.

Звуковые волны являются продольными, т.е. это чередование сгущений и разрежений. Скорость распространения звуковой волны зависит от свойств среды (подумайте, каких?). Например, в воздухе звуковая волна распространяется со скоростью 330-340 м/с.

3. Характеристики звуковых волн:

Громкость - определяется амплитудой колебаний;

Высота тона - определяется частотой колебаний;

Тембр (окраска) - определяется количеством и амплитудами гармоник (обертонов), т.е. частот, кратных основному тону.

Порог слышимости - соответствует звуковому давлению 1 мкПа.

Болевой порог - давлению 10 Па.

Т.е. человеческое ухо способно воспринимать волны с различием звукового давления в 1000000 раз!

Гармонические колебания воспринимаются как музыкальные тоны, колебания всевозможных длин волн и частот - как шум.

4. Загадки звуковых волн:

• О чем могут петь молчаливые ракушки?

Опыт 3. Демонстрируется шум морской раковины.

Если поднести к уху раковину крупной морской улитки (или чашку, стакан), то в ее завитке можно услышать глухой шум. Если, или раковину морской черепашки приблизить к уху, то слышен звук, который напоминает отдаленный шум моря. Чем объясняется происхождение этого звука? Романтики утверждают, что это шумит морской прибой. На самом деле это вызвано усилением слабых звуков, частота колебаний которых совпадает с собственной частотой колебаний воздуха в раковине. Но каждый, кто когда-нибудь слышал этот гул, хотя бы на секунду замирал, улыбался и говорил: «Море шумит»… Неудивительно. Ведь огромное количество моллюсков родом из моря…

Опыт 4. Демонстрируется звук камертона. Затем звук камертона на резонаторном ящике.

Вопрос: Какова роль резонатора?

Ответ: Он усиливает звук струн и придаёт инструменту определённый тембр звучания, который зависит от формы и размеров резонаторного ящика. Главным образом, он улучшает воспроизведение низких частот.

Демонстрируется слайд: А такой «увидел» (или представил) звуковую волну художник Казимир Малевич демонстрируется слайд). На самом деле звук увидеть нельзя.

• «Эолова арфа»:

В Пятигорске есть удивительное сооружение - ротонда «Эолова арфа» . По преданию, в ней можно слышать песни ветра. Эол - в древнегреческой мифологии - Бог, повелитель ветров. Эолова арфа - так называется струнный музыкальный инструмент. Состоит из служащего резонатором узкого деревянного ящика с отверстием, внутри которого натянуты струны (8- 13) различной толщины, настроенные в унисон. Устанавливалась на крышах домов. Ветер вызывал колебание струн, издававших различные обертоны общего тона. Звучание менялось в зависимости от силы ветра - от тихого и нежного до очень громкого. Известна с Х в н.э.

• Моды «шепчущей галереи» :

Сообщение ученика :

«Шепчущие галереи» - название не совсем правильное: конечно, шепчут не сами стены - перешептываются люди около этих стен, однако устоялся именно этот термин. В мире известно несколько таких шепчущих галерей, стен и зданий, связанных в основном с религиозными святилищами. Понятно, что служители религиозных культов, управляющие этими строениями, всячески поддерживают мнение об их магической исключительности, и даже - священной таинственности, потому что это отвечает их интересам.

Объяснение эффекта дал Рэлей более ста лет тому назад.

При скользящем угле падения отраженный луч снова падает на стенку и т.д. В результате лучи, распространяясь под малыми углами, обходят всю стенку, постепенно затухая. Вогнутая поверхность не дает сечению пучка расширяться, как при распространении в свободном пространстве. Так образуются моды «шепчущей галереи». (Мода - тип волн в распределенной колебательной системе- волноводе или волновом пучке).

Если человек находится около стены с круговым основанием и шепчет в направлении вдоль стены, то можно считать, что он шепчет в направлении некоторого луча. Многократно отражаясь от поверхности стены, звук огибает помещение. Шепот человека около стены является направленным, поэтому можно считать, что зона слышимости шепота находится в кольцевом цилиндре.

Шепот будет слышен только тем, кто находится непосредственно в самом кольцевом цилиндре. В зоне же звуковой тени шепот не будет слышен вовсе. Это и есть эффект шепчущей галереи.

Для полноты описания простых и незаметных способов пошептаться необходимо отметить замечательные свойства эллипсоида. Если источник звука находится в одном из его фокусов, то максимальная слышимость будет в другом фокусе. Поэтому если крыша здания или его стены имеют эллипсоидальную форму, то вне зависимости от остальной архитектуры здания два человека, находящиеся в фокусах эллипсоида, могут прекрасно пошептаться, не обращая внимания на окружающих. Наличие подобного «пятна» максимальной слышимости - основное отличие эллипсоидальных галерей от круговых. В последних есть просто область слышимости и область звуковой тени.

Если у Вас появится желание построить собственное шепчущее строение, нужно выбрать в качестве его основания эллипс. Тогда созданное Вами строение, возможно, войдет в ряд мировых достопримечательностей, таких как стена шепота в Китае, собор святого Петра в Риме, скульптурный зал Капитолия, Галерея императорского дворца в Гатчине и др.

• Тибетские «поющие чаши».

Опыт 4. Демонстрируется «пение бокала».

Сообщение ученика: Часто люди полагают, что физическое и духовное воздействие поющих чаш - это дело внушения, или что нужно, в некотором роде, "поверить" в них, чтобы испытать их влияние, однако при этом никто не скажет, что вы должны поверить в музыку, чтобы услышать ее. Звук - это физическое явление, и восприятие звука происходит согласно принципам, объяснимым физическими и биологическими понятиям.

Если плавно вести деревянной палочкой по краю чаши - слышен нежный протяжный звук, который тибетцы используют для лечения и медитации. Часто люди полагают, что физическое и духовное воздействие поющих чаш - это дело внушения, и что нужно в некотором роде «поверить» в них, чтобы испытать их влияние. Однако никто не скажет, что вы должны поверить в музыку, чтобы услышать ее. Восприятие звука - физиологический процесс, поэтому звук может использоваться для лечебных и психологических воздействий.

А древние греки лечили нервные болезни звуком журчащих ручейков.

Дело в том, что собственная частота колебаний барабанной перепонки человека равна приблизительно 1000 Гц. Физиологи доказали, что большинство приятных для нашего слуха звуков: шум дождя, леса, моря и т.д. имеют примерно такую частоту.

С той же целью, что и тибетцы, китайцы используют бамбуковые палочки - «музыку ветра», «музыку дождя».

В середине 19 века русская писательница Е.П. Блаватская путешествовала по Индии. Она описала настоящий «концерт», услышанный ею посреди тропического леса, в бамбуковых зарослях:

«…разом началась дикая, неумолкающая симфония. Словно величественные ноты органа, звуки то сливались, то расходились в пространстве…» Оказалось, в бамбуковых стволах были сделаны отверстия, которые и давали звучание, подобное звучанию духовых инструментов. Это место считается священным.

5. Поэзия звуков

Читаю стихи под тихую восточную музыку, на экране демонстрируются слайды:

Грузный колокол.

На самом его краю

Дремлет бабочка.

Летние дни…

По закоулкам гуляет

долгое эхо…

Плачет соловей в саду…

Совсем отцвели

Осенние хризантемы…

Холодный ветер

В мокрый колокол бросил

Горстку мелкой гальки

(Бусон, японский поэт 18 века)

Задание: придумать трехстишие о звуке

6. Вопросы и задачи:

Работаем устно (класс разбит на группы, отвечает представитель группы)

1. Если мы смотрим издали на марширующих под духовой оркестр солдат, то нам кажется, что они идут не в такт с музыкой. Почему?

2. По звуку легко обнаружить в небе винтовой самолет и трудно - реактивный. Почему?

3. При полете большинство насекомых издают звук. Чем он вызывается?

4. Почему при проверке колес вагонов во время остановки поезда их обстукивают молотком?

5. Будет ли слышать звук реактивного двигателя летчик, если самолет летит со сверхзвуковой скоростью, а двигатель находится позади пилота?

6. Может ли звук сильного взрыва на Луне быть слышен на Земле?

7. Может ли возникнуть эхо в степи?

8. При образовании волн частицы воды не перемещаются вдоль направления их распространения, а лишь участвуют в колебательном движении около некоторого среднего положения. Почему же морское волнение часто выбрасывает на берег различные плавающие в море предметы?

9. Почему в туман звуки слышны на более далеком расстоянии, чем в солнечную погоду?

10. Кто в полете быстрее машет крыльями - муха, шмель или комар?

11. Почему на открытом воздухе музыка, пение, речь оратора звучат менее громко, чем в закрытом помещении?

12. Почему часто механики, проверяя работу двигателя, прикладывают один конец ручки молотка к корпусу двигателя, а другой - к уху?

13. Почему ораторы, выступая на городской площади, говорят речь медленно, отделяя слово от слова длительной паузой?

14. По частоте звука, порождаемого крыльями летящей пчелы, можно определить, куда летит пчела - из улья за медом или обратно в улей с медом. Каким образом?

15. Голос слышен на большом расстоянии, но слов иногда разобрать нельзя. Чем это объясняется?

16. Почему в горах эхо многократное?

7. Задание на дом:

1. Повторить теоретический материал по опорному конспекту и учебнику.

2. Решить задачи: .

1. Шерлок Холмс, наблюдая за собакой Баскервиллей в бинокль, заметил, что она начинает выть, как только полностью вылезает из конуры, а звук доходит только через 5 с. Сыщик тут же определил расстояние до конуры. Чему оно равно? Температура воздуха на торфяных болотах вокруг Баскервилль - холла близка в это время к 0ºС.

2. Коту Матроскину необходимо измерить площадь пола в коровнике. Как он сможет это сделать, имея часы с секундной стрелкой и кеды дяди Федора неизвестного размера на длинном шнурке?

10