Урок физики в 9 классе: «Колебания, волны, звук»

Цели урока:

• Повторить, обобщить, углубить знания учащихся по данной теме.

• Способствовать формированию у обучающихся прочных и глубоких знаний по теме: "Колебания и волны".

• Продолжить формирование интеллектуальных способностей учащихся при решении задач углубленного курса физики.

• Развивать интерес к науке и творческие способности учащихся.

I.Повторение ранее пройденного.

Физический диктант (дидактическая игра "Веришь - не веришь").

Учащиеся выполняют в тетрадках схему:

рис.1

 Если вы согласны с утверждением, высказанным учителем, то над номером утверждения поставьте дугу, если не согласны - прямую черту, соединяющую точки.

1. На Луне произошел сильный взрыв. Мы услышим его на Земле? 2. Верите ли вы, что комар быстрее машет крыльями, чем муха. 3. Верите ли вы, что источником звука являются колебания? 4. Верите ли вы, что период колебания математического маятника зависит от амплитуды колебания? 5. Верите ли вы, что от колебаний может разрушиться мост? 6. Верите ли вы, что астронавты на Луне пели песни, сняв скафандры? 7. Верите ли вы, что голосовые связки человека поющего басом, колеблются с меньшей частотой, чем у человека поющего тенором? 8. Снаряд, выпущенный из орудия, опередил звук выстрела. Может ли такое быть?

9. Верите ли вы, что в зале заполненной публикой, музыка звучит лучше, чем в пустом.

Правильность выполнения задания проверяем на закрытой доске.

рис.2

II. Изучение нового материала.

У.- Звуковые волны являются продольными волнами. Для создания звука необходим источник. Примером источника звука может быть камертон.

(Демонстрация звучания камертона при ударе резиновым молоточком).

Источники звука бывают двух видов: искусственные и естественные, найдите их в загадках:

 Пролетая мимо уха,

Он жужжит мне:

«Я не муха». (Жук).

Голос тонок.

Нос долог.

Кто его убьет, тот кровь свою прольет. (Комар).

Маленькая певунья в лесу живет. Перышки чистит, голосисто поет. (Птичка).

Ходит взад и вперед,

Никогда не устает.

Всем кто придет,

Она руку подает. (Дверь).

Два братца в одно донце стучатся. Но не просто бьют- вместе песню поют. (Барабан).

 Аппарат небольшой, но удивительный такой. Если друг мой далеко, говорить мне с ним легко. (Телефон).

У.- Необходимым условием распространения звуковых волн является наличие материальной среды. Звук распространяется во всех упругих телах - твердых, жидких, газообразных, но не может распространяться в безвоздушном пространстве. Издавна было замечено, что скорость звука различна в разных средах. В сказках Иванушка-дурачок прикладывал ухо к земле, чтобы услышать, не гонится ли за ним погоня.

Задача 1. Звук взорвавшейся на поверхности воды мины донесся до корабля по воде на 30 секунд раньше, чем по воздуху. На каком расстоянии от корабля взорвалась мина?

рис.3

Задача 2. В U - образную стеклянную трубку, площадью поперечного сечения S налита жидкость массой m и плотностью ? Найдите период колебания жидкости, после того, как трубку качнули.

рис.4

Подсказка: Используйте равенство сил: F= - x - закон Гука.

F=PS - (из формулы P=F/S)

P=gh - давление жидкости на дно сосуда.

Задача 3. Как изменится звучание ноты "До" в третей октаве (частота колебаний 261Гц), записанной на пластинку при частоте вращения диска n₁ = 33 об/мин, если проигрыватель поставить в положение n₂ = 45 об/мин.

Подсказка: Скорость вращения диска: = 2R/T.

Скорость распространения звуковой волны: = /T.

• Рассмотрим характеристики звука:

1. Громкость.

От какой величины зависит громкость звука? (Ответы учащихся).

Единица измерения громкости децибел - (дБ.)

(На доске представлена сравнительная таблица:

Шелест листьев - 10 дБ
Тикание часов - 20 дБ
Спокойная беседа - 40 дБ
Громкий разговор - 70 дБ
Самолет при старте - 10000 дБ)

2. Тон.

 От какой величины зависит высота тона? (Ответы учащихся).

Единица измерения тона - (Гц.)

(На доске представлена сравнительная таблица:

Частотный диапазон при обычном разговоре:

Мужчины 85 - 350 Гц.
Женщины 160 - 340 Гц.)

Примерная частота колебаний голосовых связок при пении:

Бас 80 - 350 Гц.
Баритон 110 - 400 Гц.
Тенор 130 - 520 Гц.
Сопрано 260 - 1050 Гц.
Альт 260 - 1050 Гц.
Колоратурное сопрано 330 - 1400 Гц.

III. Демонстрация учащимися простых опытов со звуком.

1. «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).

2. «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).

3. «Откуда происходит звук?»

На стул сажают ученика, завязывают ему глаза и за его спиной в разных углах комнаты гремят банкой с фасолью. Он должен угадать, откуда доносится звук.

(У человека два уха, поэтому мозг может сравнивать громкость звуков и вычислять, откуда именно идет звук. Когда источник звука находится на одинаковом расстоянии от обоих ушей, трудно судить, насколько он далек).

4. «Говорящая веревочка».Этот опыт показывает, что твердые тела могут проводить звук.

В двух пластиковых стаканчиках делаются небольшие отверстия в донышках. Концы бечевки пропускаются в эти отверстия, и завязываются узелки. Два человека натягивают бечевку потуже, один приставляет стаканчик к уху, другой говорит что-нибудь шепотом, а участники эксперимента меняются ролями.

(Голос можно услышать издали потому, что он передается по твердой бечевке. По твердым телам звуки проходят лучше и быстрее, чем по воздуху).

- Источником звука может быть любое колеблющееся тело, если частота его колебаний попадает в слышимый диапазон. Рассмотрим второй пример - стеклянный стакан. Смоделируем с помощью компьютера и покажем на экране разные этапы колебаний его стенки

Поющие стаканы (рис. 5).

• Рассмотрим несколько стаканов одинаковой массы, но разной толщины. (Такое возможно, если диаметр и высота стаканов разная. Чем тоньше стенка, тем частота звучания меньше, звук ниже.) Проверяем это на опыте. Берем несколько (минимум - два) заранее подобранных стаканов примерно одинаковой массы, но разной толщины. Убеждаемся, что наши предположения верны.

(Для наглядности изображение разных стаканов и формулы, положенные в основу обсуждения, желательно отобразить на экране).

• Очевидно, что, подобрав нужное количество стаканов разной массы и жесткости, можно получить необычный музыкальный инструмент.

(Учащиеся обычно догадываются сразу, в чем его принципиальный недостаток (хрупкость), поэтому предлагают взять более прочные стеклянные сосуды (бутылки). Не обязательно измерять или рассчитывать частоту их колебаний - можно подобрать на слух. Разумеется, надо заранее подобрать и разучить какие-либо несложные мелодии. Проще всего начать с «Чижика-пыжика» или «В траве сидел кузнечик...», а закончить более сложной мелодией. Последнюю надо подобрать так, чтобы не хватило одной, самой низкой ноты. Пусть учащиеся подумают, как ее получить (налить в бутылку воду).

 Обоснуйте свое мнение: почему наличие воды понижает звук? (Увеличивается масса колеблющегося тела при почти неизменной жесткости).

(Для облегчения мыслительной работы неплохо вывести на экран рисунок типа рис. 7.)

- Инфразвук, распространяющийся в земной коре, может возникать при землетрясениях, при извержении вулканов, взрывах атомных бомб. Источником могут служить вихри воздуха в атмосфере, грозовые разряды, орудийные выстрелы, ветер, обтекающий гребни морских волн, работающие двигатели реактивных самолетов и т. д.

Опыты показали, что облучение людей достаточно интенсивным инфразвуком может вызвать потерю чувства равновесия, подташнивание, непроизвольные вращения глазных яблок и другие последствия. Звуковые волны нашли широкое применение в нашей жизни, особенно ультразвуковые в области диагностики различных заболеваний человека.

Расскажите, о том, какие приборы есть в физиокабинетах нашего города и какие исследования проводят с помощью ультразвука. (Ответы учащихся).

• Ультразвуковые волны можно получить с помощью специальных высокочастотных излучателей, частота которых составляет более 20 кГц. Узкий параллельный пучок ультразвуковых волн в процессе распространения очень мало расширяется. Благодаря этому ультразвуковую волну можно излучить в заданном направлении.

Сообщения учащихся о применении ультразвуковых приборов.

1.Ультразвук широко используется в медицине для постановки диагноза и лечения некоторых заболеваний. Диагностические ультразвуковые исследования (УЗИ) позволяют без хирургического вмешательства распознать патологические изменения органов и тканей. Эти исследования основаны на свойстве ультразвуковых волн с частотой от 0,5 до 15 МГц проходить через ткани организма, частично отражаясь от всех поверхностей, представляющих собой границы тканей разного состава и плотности.

2.При исследовании сердца получают информацию об особенностях его строения и динамики сокращений, о врожденных и приобретенных пороках, поражениях миокарда, ишемической болезни, перикардитах и других заболеваниях сердечно-сосудистой системы. Ультразвук применяется для оценки насосной функции сердца, для контроля действия лекарственных препаратов, для лечения коронарного кровообращения и является таким же надежным методом бескровной диагностики, как электрокардиография и рентгенологическое исследование сердца.

3.Ультразвуковая диагностика дает возможность визуально представить внутренние структуры глазного яблока даже в случаях непрозрачности его сред, позволяет измерить толщину хрусталика, длину осей глаза, обнаружить отслойку сетчатки и сосудистой оболочки, помутнение в стекловидном теле, инородные тела. Используется для расчета оптической силы искусственного хрусталика, для наблюдения за развитием близорукости. Ультразвуковой метод прост и доступен, не имеет противопоказаний и может быть использован неоднократно, даже в течение дня, если этого требует состояние пациента. Ультразвуковая терапия основана на том, что ультразвуковые волны определенных частот оказывают механическое, тепловое, физико-химическое воздействие на ткани, в результате чего в организме активизируются обменные процессы и реакции иммунитета.

IY. Закрепление материала.

Задание на рабочем листе. Продолжите предложения.

1.Время, за которое совершается одно полное колебание - ……. 2. Максимальное смещение от положения равновесия - ……… 3. Число колебаний, совершенных в единицу времени - …….. 4. Процесс распространения колебания в пространстве с течением времени - ……..

5. Если точки среды колеблются вдоль направления распространения волны, то это - …….

6. Естественный приемник звука - …….. 7. Учение о звуке - ……… 8. Колебания частотой свыше 20000 Гц - ………. 9. Колебания частотой менее 16 Гц - ………. 10. Метод определения расстояний до различных предметов и обнаружение месторасположения с помощью звуковых волн - ……… 11. Колебания, происходящие по закону синуса и косинуса, называются …………

Y. Итог урока.