Методическая разработка урока по физике Механические волны. Звук

Урок № 11/11

Тема. Механические волны. Звуковые волны. Инфразвук. Ультразвук.

Тип урока. Урок усвоения новых знаний

Цель урока:

* Сформировать понятие о волне, в частности о звуковой волне, о скорости ее распространения и о механизме образования;

* Формировать умение сравнивать различные волновые явления;

* ознакомить учащихся с практическим применением ультразвуковых и инфразвуковых колебаний.

Оборудование.

*резиновый жгут (скакалка) с отметками другого цвета (флажки)

*пружина длинная;

*металлическая линейка, зажим,

*камертон с молоточком,

*пробирки с водой разного уровня наполнения,

*слайды «Органы слуха человека», «гортань и ее строение» и т.п.(биология)

* слайды из комплекта «Механические волны».

Ход урока

I. Проверка домашнего задания; актуализация опорных знаний

Проверка домашнего задания осуществляется по вопросам и упражнениям к параграфу учебника.

В ходе повторения акцентируем внимание на следующих во­просах.

Вопросы классу

• Какое движение называют колебательным?

• Что такое период колебаний? В каких единицах он измеряется?

• что такое частота колебаний? В каких единицах она изме­ряется?

• Как связаны между собой эти величины?

• Что называют амплитудой колебаний?

• Какие колебания называют затухающими, а какие - незатухающими? свободными и вынужденными?

II Изучение нового материала

Беседа

Все слышали о существовании различных по природе и форме волн. Это и сейсмические волны, зарождающиеся в недрах нашей планеты, и гигантские океанские волны - цунами, и приливные волны на морском берегу, и, наконец, звуковые волны, которые позволяют нам получать информацию об окружающем нас мире. Все эти волны различной физической природы, но объединяет их то, что в любом случае волна - это колебания, распространяю­щиеся в пространстве с течением времени.

Учащиеся записывают в тетради определение волны.

Демонстрация 1. Демонстрируется волна, возникающая в упругом шнуре, и волна, возникающая в пластмассовой длинной пружине.

На примере мы видим, как колебательное движение конца шнура (пружины) передается от точки к точке. Значит, для того чтобы механическая волна распространялась, необходимо наличие упругой среды, то есть среды, в которой частички могли бы со­вершать колебательное движение.

Как звуковые волны достигают нашего уха? Чаще всего это про­исходит через воздух. Частицы воздуха колеблются (подобно зве­ньям пружины), когда же колебания воздуха доходят до барабанной перепонки, она тоже начинает совершать колебания. Эти колебания, в свою очередь, передаются слуховому нерву, и мы слышим звук.

Вопросы классу

• Сможем ли мы услышать звук в безвоздушном пространстве?

• В какой среде звук распространяется лучше - в газообразной или жидкой? жидкой или твердой? Почему?

• В каком случае тело становится источником звука? (Если оно колеблется.)

Демонстрация 2. Зажимаем металлическую линейку и приводим ее в колебательное движение. Слышим звук.

Демонстрация 3. Демонстрируем камертон, ножки которого коле­блются при ударе.

Вопрос и задание классу

Приведите свои примеры колеблющихся тел, которые явля­ются источниками звука. Кстати, колебаться могут не только струны, линейки и т. д., но и воздух (например, в свистке).

Фронтальный эксперимент

Сравните звучание воздуха, если вы дуете возле горлышка пустой пробирки и пробирки, заполненной частично водой.

Демонстрация 4. Размахиваем из стороны в сторону линейкой. Звук не возникает.

Подводим учащихся к мысли о разной частоте колебаний в приведенных опытах и эксперименте.

Человеческое ухо начинает слышать звук, когда частота колебаний становится равной 20 Гц.

Звуковые волны

Необходимые условия:

1. Источник звуковых колебаний (колеблющееся тело) от 16 Гц до 20 кГц.

2. Среда распространения (обеспечивает связь между колеблющимися частицами, передачу энергии волны на расстояние от точки к точке) - УПРУГАЯ

3. Инфразвук имеет частоту меньше 16 Гц.

4. Ультразвук имеет частоту больше 20 кГц.

Источники звука:

• Колебание твердых тел: ножек камертона, диффузор громкоговорителя, струны музыкальных инструментов, крылья комара, шмеля

• Колебание воздуха: в трубе (духовые музыкальные инструменты); в резонаторах музыкальных инструментов (корпус скрипки, гитары, барабана), в колоколах, между музыкальными тарелками

• Колебание воды

Характеристики звуковых волн

• Вид механических волн;

• Продольные волны (продольные колебание частиц среды происходят вдоль направления распространения волны)

• Частота звуковой волны задается источником

• Период волны

• Скорость волны - скорость распространения определяется условиями среды распространения волн. Зависит от агрегатного состояния вещества, плотности, температуры, давления и др.

• Длина волны - расстояние между ближайшими гребнями (впадинами)

Физические = Физиологические:

• Частота колебания источника звука (точек среды, частота звуковой волны) = высоте тона

• Частота большая = выше тон звука (высокий голос) и, наоборот,

частота маленькая = ниже тон звука (низкий голос)

• Амплитуда колебаний точек среды - громкость.

• Набор звуковых волн разных частот = основной тон и обертоны

• Разные по амплитуде и частоте волны = шум, взрыв

Свойства звуковых волн:

- распространяются с определенной скоростью в каждой среде;

- отражаются на границе раздела 2-х сред;

- преломляются на границе раздела 2-х сред;

- переносят энергию (не вещество !)

- оказывают давление на препятствие

Ультразвук - высокая степень направленности,

Инфразвук - легко огибает препятствия

Вещество

Скорость, м/с

воздух

331 ( t = 0ºС, р атм. = 10⁵ Па) - 340 м/с

водород

1286

Углек. газ

258

сталь

5100

гранит

3950

древесина

4000

вода

1500

стекло

4500-5000

Вопросы классу

• Сколько колебаний в секунду должно совершать тело, чтобы «зазвучать»?

• Почему не слышны колебания книги?

• Чем отличаются звуки друг от друга? (Высотой.)

• Звуки бывают низкими и высокими. Приведите примеры низ­ких и высоких звуков. (Жужжание шмеля, писк комара и т. д.)

Демонстрация 5. Свободный конец линейки зажимаем в приводим ее в колебательное движение. Повторяем опыт, постепенно укорачивая свободный конец. Слышим изменение высоты тона звучания.

Высота тона зависит от частоты колебаний (линейных размеров колеблющегося тела). Чем чаще колеблется линейка, тем выше тон. Максимальная частота, которая восприни­мается человеческим ухом, равна 20 000 Гц.

Приведите примеры животных, которые могут издавать зву­ки: высокий громкий, высокий тихий, низкий тихий, низкий громкий.

От чего зависит громкость звучания?

Еще раз приводим в колебательное движение линейку и отме­чаем, что со временем амплитуда колебаний линейки уменьшается и звук становится тише.

Вопрос классу: С одинаковой ли скоростью распространяется звук в различных средах?

В воде скорость звука приблизительно равна 1,5 км/с, в сте­кле - 4,5-5 км/с, в железе - 5,8 км/с. В воздухе звук имеет самую маленькую скорость распространения - 340 м/с

Вопросы классу

Какие еще факторы помимо среды могут влиять на скорость рас­пространения звука? (Температура и для воздуха - влажность.)

Эхо - отражение звуковой волны от препятствия. Мы в 7 классе наблюдали отражение света на границе двух сред. Такое же явление происходит и со звуком. Чтобы четко услышать эхо, надо, чтобы между произно­симым и отраженным звуком была пауза не менее 0,1 с.

Чему должно быть равно расстояние до препятствия, чтобы указанное условие выполнялось? (17 м.)

Гром - звуковая ударная волна в атмосфере. Рас каты грома -это многократно отраженный звук.

Вопросы классу

Скорость звука в стекле больше, чем в воздухе. Почему же закрытое окно приглушает звуки улицы? (В этом случае воз­растает доля отраженного звука.)

Человеку не дано воспринимать на слух колебания с частотой выше 20 000 Гц (ультразвук) и ниже 20 Гц (инфразвук). Одна­ко многие животные способны улавливать эти колебания. Так, ультразвуковые, колебания воспринимают собаки, летучие мыши и дельфины. А инфразвук (мощным источником которого является море во время шторма и почва в период землетрясений) улавлива­ют медузы и кошки, которые загодя покидают опасный район.

Ультразвук используют:

• в медицине для исследования вну­тренних органов человека, существуют современные скальпели, которые колеблются в ультразвуковом режиме;

• дробление, создание взвесей (фармацевтик)

• для исследования морских глубин (эхолот); аналогично эхолоту работают ультразвуковые дефектоскопы.

• для стерилизации молока (биологическое уничтожение грибковых организмов);

• в технологических процессах: ультразвуковые измерительные приборы для определения вязкости жидкости (по скорости распространения УЗ определяется плотность, примеси (акустические вискозиметры); расход жидкости в трубопроводах (датчик давления)

• ускоряет химические реакции

Инфразвук (особенно частотой 6-9 Гц) может оказывать не­гативное воздействие на, психику человека, т.к.частота колебаний органов человека имеет такое же значение, может наступить резонанс, что приведет к резкому возрастанию энергии колебаний органов.

III. Закрепление нового материала

Учащиеся самостоятельно работают с учебником, отвечая на вопросы и упражнения к параграфу.

IV. Домашнее задание