Цель урока:
формирование понятия звука с
физической точки зрения.
Тип урока:
урок получения новых знаний.
Методы:
Наблюдение, диалог, постановка
проблемных вопросов, поиск.
Технология:
ИКТ при изучении нового
материала.
Оборудование:
ПК, мультимедиа проектор,
электронная презентация (ЭП) “Звук”, камертон,
бусинка, звучащие предметы: свистулька, шарманка,
дудочка, звоночек, гонг.
Учебник:
Перышкин А. В., Гутник Е. М. Физика 9
класс: учебник для общеобразовательных школ. –
М:Дрофа, 2011.
I. Организационный момент
II. Подготовка к усвоению нового материала.
III. Проверка знаний учащихся
IV. Постановка задач урока
V. Изучение нового материала
VI. Первичная проверка понимания и закрепление
знаний
О полезных и вредных свойствах звука мы
поговорим на следующих уроках.
VIII. Подведение итогов. Оценки
IX. Домашнее задание
Параграфы
34, 37,38 – читать, выполнить
Упр 30 (1,2) – более легкое или Упр.32 (1,2). Упражнение
выбрать по желанию.
Творческое задание:
смастери свисток или
рацию из кофейных банок ( Приложение
№3
,
Приложение №4
)
(Можно оформить как
проект на уроке технологии).
Х. Оценки за урок
Работу кого из класса можно было бы оценить на
уроке? Почему? Вопросы ко мне есть?
Если нет, то спасибо за внимание.
Рассмотрим изменение звука колебания струн гитары (рис. \(1\)).
Звуки струны будут отличаться, если уменьшать длину её колеблющейся части.
Если зажать струну в точке \(1\), звук будет ниже, так как длина части струны больше, а частота колебаний меньше.
При зажимании в точке \(2\) звук будет выше, часть колеблющейся струны меньше, частота колебаний струны больше. Длина колеблющейся струны отсчитывается от нижнего порожка (со стороны отверстия резонатора).
Из опыта следует, что высота звука зависит от частоты колебаний источника звука.
называют количество колебаний в единицу времени.
Высота звука прямо пропорциональна частоте колебаний источника звука.
Рассмотрим колебания ветвей камертона (рис. \(2\)). Колебание происходит с неизменной частотой. Поэтому его называют чистым тоном.
— гармонические колебания одной и той же частоты, создаваемые источником звука.
Многообразие источников звука (люди, машины, животные, музыкальные инструменты и т.д.) порождает большое количество чистых тонов, каждый из которых отличается частотой.
Самую низкую частоту такого звука называют , а сам звук — .
Любая собственная частота выше первой, самой низкой (основной тон) называется .
Частичные тоны (обертоны)
образуются вследствие сложной формы звуковой волны.
Следует учесть, что высота сложного звука определяется высотой основного тона. Частоты обертонов относятся к частоте основного тона как целые числа. Обертоны называются гармониками, а основной тон считается первой гармоникой.
— качественная сторона звука, его окраска. Различие тембров зависит от состава частичных тонов (натуральных призвуков).
Любой человек способен отличить мелодию, исполняемую на скрипке, от той же мелодии, исполняемой на гитаре или фортепиано. В этом случае мы говорим о разности тембров. А они, в свою очередь, обуславливаются различными обертонами.
Высота звука определяется частотой его основного тона: чем больше частота основного тона, тем выше звук.
Тембр звука определяется совокупностью его обертонов.
Выясним, от чего зависит громкость звука.
Соберём установку из камертона и шарика, подвешенного на нити вблизи одной из ветвей камертона. Приведём другую ветвь в колебательное движение при помощи удара. Механические колебания камертона отбросят шарик, а мы услышим тихий звук (рис. \(1\)).
Рис. \(1\). Камертон и реакция шарика
Остановим колебания камертона. Сильнее ударим молоточком. Звук будет громче, шарик отскочит на больший угол. Значит, чем сильнее колебание, тем громче звук. Данное наблюдение позволяет сделать вывод: амплитуда колебаний связана с громкостью звука. Чем меньше амплитуда колебаний источника звука, тем тише звук. И наоборот.
В данном опыте использовался один и тот же камертон. Это означает, что частота тихого звука и громкого звука одинакова.
Если использовать камертоны с различной частотой, то громкость их звучания будет зависеть от амплитуды колебаний. Чувствительность нашего уха избирательна к громкости звуков разной частоты.
Более громкими воспринимаются звуки более высокой частоты в диапазоне \(1\)-\(5\) кГц, даже если амплитуды звуковых волн одинаковы.
Основной тон детского голоса располагается в диапазоне \(170\)-\(600\) Гц. Поэтому детские голоса легко распознать.
Громкость звука зависит также от его длительности и от индивидуальных особенностей слушателя.
— субъективное восприятие интенсивности звука, которое зависит от звукового давления и частоты звуковых колебаний.
В описании звуковых характеристик чаще всего используется единица измерения уровня звукового давления — децибел (дБ), десятая часть бела (Б).
уровень звукового давления шёпота человека, находящегося на расстоянии менее 1 метра — \(25\) дБ; спокойной речи — \(40\) дБ, вертолёта — \(110\) дБ, старта ракеты — \(145\) дБ. Болевой порог человека — \(130\) дБ, действие звуковых волн выше этой величины приводит к нарушению слуха.
Если организм человека в течение длительного времени подвержен воздействию громких звуков или шумов, то оно откладывает отпечаток на состояние здоровья. Это воздействие может проявляться по-разному: головная боль, повышенное артериальное давление, быстрая утомляемость, повышенная нервная возбудимость и т.д. Эта проблема в большей степени характерна мегаполисам с огромным количеством людей и автотранспорта.
Рис. 1. Камертон и реакция шарика. https://www.shutterstock.com/ru/image-vector/tuning-fork-resonance-experiment-when-one-309388835. 2021-09-12.
Высота. Тембр и громкость звука.
§ 35, 36
Любой источник звука обязательно колеблется (хотя эти колебания незаметны для глаза), например, звуки голосов людей и многих животных возникают в результате колебаний их голосовых связок. Пчелы пользуются пульсирующими звуковыми сигналами. С их помощью они указывают членам семьи расстояние до обнаруженного источника корма.
У рыб для генерации звуковых сигналов используются органы, которые не имеют прямого отношения к звуку (плавники, плавательный пузырь), звучание духовых инструментов, звук сирены, свист ветра.
Механические колебания в пределах от 20 Гц до 20000 Гц (передающиеся обычно через воздух) называются
Этот диапазон частот человек воспринимает как
1 Гц – одно колебание в секунду.
Механические колебания, частота которых превышает 20000 Гц, называются
а колебания с частотами менее 20 Гц –
Характеристики звука: 1. Высота – частота.
2. Громкость – амплитуда
звука зависит от
колебаний: чем больше частота колебаний источника звука, тем выше издаваемый им звук.
называется звук источника, совершающего гармонические колебания одной частоты.
Самая низкая частота сложного звука называется
, а соответствующей ей звук определенной высоты – основным тоном.
Все остальные тоны сложного звука называются обертонами
Высота звука определяется
частотой его основного тона: чем больше частота основного тона, тем выше звук.
определяется совокупностью его обертонов. Разное количество обертонов, присущих тому или иному звуку, придает ему особую окраску –
Отличие одного тембра от другого обусловлено не только числом, но и интенсивностью обертонов, сопровождающих звучание основного тона. По тембру мы легко отличаем звуки скрипки и рояля, гитары и флейты, узнаем голоса знакомых людей.
Как любая волна звук описывается амплитудой колебания и частотой. Чем больше амплитуда, тем звук громче, а вот частота характеризует тональность звучания. Чем выше звук, тоньше, тем большее количество колебаний совершает звучащее тело
Камертон дает чистый звук, но пресный и не совсем приятный для восприятия. Маленький смычек пиликнул на скрипке, кто-то нечаянно задел струну гитары – и мы уже отмечаем про себя: звучит музыкальный инструмент.
Звуки делят на музыкальные и шумы.
Музыкальные звуки издают различные музыкальные инструменты. Например, струнные – скрипка, гитара и т.д.
Звуки, образующие набор частот, непрерывно заполняющих некоторый интервал, называются шумами (скрип дверей, визг пилы, шипение змеи и т.д.).
Музыкальные звуки издают тела, совершающие колебания, повторяющиеся во времени или гармонические. Шумы издаются случайными, не повторяющимися колебаниями.
не всякое колеблющееся тело
является источником звука. Например, не издает звука колеблющийся грузик, предмет, подвешенный на нити или пружине поднятый вверх или опущенный вниз.
Высота звука зависит от частоты колебаний воздуха в секунду. Высокие тоны (тонкие звуки и голоса) имеют большую частоту колебаний, а низкие тоны (грубые, басистые звуки и голоса) – меньшую частоту колебаний. Чем больше величина колебаний, тем сильнее звук(сила звука). Тембр – особенность звука, благодаря которой человек может различать даже звуки одинаковой силы и высоты, но произведенными разными инструментами, например скрипки и пианино.
Тембр зависит и от материала, из которого изготовлен инструмент. Медная труба, хоть и не значительно, но звучит иначе, чем такая – же труба, но из латуни.
Влияет на тембр и форма инструмента. Если одну и ту же струну натянуть на балалайку и на гитару и взять звук одной и той же высоты, тембр получится разный, потому что корпус гитары лучше откликается на низкие обертоны. Конечно же, тембр зависит и от качества инструмента.
Видите, сколько разных условий. И еще больше различных сочетаний этих условий. Отсюда и многообразие тембров.
Итак, разные инструменты отличаются друг от друга своим тембром. Музыка была бы намного беднее, если бы сами инструменты не могли бы сами варьировать свой тембр. Неповторимо меняет свой тембр скрипка, переходя от низших звуков к высшим.
В образовании тембра, участвует не только сам инструмент, но и место, где он работает.
Громкость звука связана с энергией колебаний в источнике и в волне. Энергия же колебаний определяется амплитудой. Громкость, следовательно, зависит от амплитуды колебаний. Но связь между громкостью и амплитудой не простая. Единица громкости – децибел.
За единицу уровня громкости звука принят Белл (в честь американского ученого Грэхема Белла, изобретателя телефона). На практике чаще громкость измеряют в децибелах (дБ).
10 дБ – шепот низкой частоты;
20 дБ – шепот средней частоты;
40 дБ – тихий разговор;
50 дБ – разговор средней громкости;
70 дБ – шум пишущей машинки;
80 дБ – шум работающего двигателя грузового автомобиля;
100 дБ – громкий автомобильный сигнал на расстоянии 5-7 м от него;
120 дБ – шум работающего трактора на расстоянии 1 м от него;
130 дБ – порог болевого ощущения.
Человек так привык к звуку, к шуму, так что полная тишина, для него нелегкое испытание. Как-то в одном из интервью космонавты признались, что отрабатывать упражнения на физические перегрузки не труднее, чем находиться в сурдокамере, внутрь которой не проникает ни один звук.
Наше ухо постоянно слышит различные звуки. Чаще всего звук распространяется по воздуху, но может распространяться и в других средах. Эти среды называют упругими.
Если между ухом и источником звука удалить звукопередающую среду, то мы ничего не услышим. Это означает, что для передачи звука на расстояние необходима звукопередающая среда.
Чтобы изолировать источник звука (будильник) от звукопередающей среды (воздуха), поместим его в установку, где сможем откачать воздух (рис. \(1\)).
Рис. \(1\). Эксперимент с будильником в вакууме
Для чистоты эксперимента послушаем будильник в воздушной среде под колоколом воздушного насоса. Звук слышен очень хорошо. Постепенно начнём откачивать воздух. Громкость звука уменьшается. При достижении вакуума под колоколом звук перестаёт передаваться — будильник не слышно. Этим экспериментом мы подтвердили утверждение о том, что в отсутствие упругой среды звук не передаётся.
Звуковые волны распространяются в упругой среде. Чем больше плотность вещества, тем лучше оно проводит звук.
Проведём эксперимент с доской из древесины (рис. \(2\)). Сможем ли мы расслышать тиканье часов на расстоянии, приложив ухо к одному концу доски, а к другому – наручные часы? Звук хорошо передаётся по доске.
Рис. \(2\). Эксперимент с доской из древесины
Если подвесить металлическую ложку на верёвочке (рис. \(3\)) и привязать другой конец к пальцам, то вибрация будет им передаваться. Проволока из металла будет лучше проводить звук.
Рис. \(3\). Эксперимент с ложкой и верёвочкой
Тела с низкой плотностью, не обладающие упругостью, содержащие звукоизолирующие слои (например, прослойку воздуха) проводят звук в меньшей степени. Например, пробка, поролон, вата.
Чтобы изолировать помещение от посторонних или ненужных звуков, необходимо облицевать потолок, стены и даже пол различными звукопоглощающими материалами. Для этих целей используют минеральную, базальтовую или хлопковую вату, а также газостекло, пенобетон, вспененный полиуретан и меламин и др. Все эти материалы в порах содержат воздух, что и способствует поглощению звука.
звук может распространяться в любой среде (твёрдой, жидкой и газообразной), где есть молекулы. И не может распространяться там, где молекул нет, т.е. в вакууме.
Колебания источника звука создают в окружающей среде волну звуковой частоты, которая является упругой волной.
Восприятие звука слуховым аппаратом
(рис. 4):
- Волна, достигая наружного уха, воздействует на барабанную перепонку, что заставляет её колебаться с точно такой же частотой, с какой колеблется источник звука.
- Колебания барабанной перепонки передаются на слуховые косточки в среднем ухе, далее — во внутреннее ухо.
- Во внутреннем ухе колебания воздействуют на улитку, в которой есть волосковые клетки, которые преобразуют механические колебания в электрические нервные импульсы.
- Слуховой нерв передаёт электрические нервные импульсы от улитки в головной мозг.
- Мозг анализирует сигналы: распознаёт, сравнивает, интерпретирует.
Рис. \(4\). Строение слухового аппарата
В газах и жидкостях могут существовать только продольные упругие волны. Поэтому звук в воздухе передаётся продольными волнами, то есть чередующимися сгущениями и разрежениями воздуха, идущими от источника звука.
Звуковая волна распространяется в пространстве с определённой скоростью.
Наблюдая за стрельбой из оружия (например, из пушки), мы сначала видим вспышку и только потом (через некоторое время) слышим звук выстрела.
Измерив промежуток времени \(t\) между моментом появления вспышки и моментом, когда звук доходит до уха, а также расстояние между источником звука и наблюдателем, можно определить скорость распространения звука по формуле:
По опытным данным, при нормальном атмосферном давлении и температуре воздуха \(0\) °С скорость звука составляет \(332\) м/с.
В газах скорость звука прямо пропорциональна температуре.
Например, при \(20\) °С скорость звука в воздухе равна \(343\) м/с, при \(60\) °С — \(366\) м/с, при \(100\) °С — \(387\) м/с.
При повышении температуры среды увеличивается скорость движения молекул (или атомов) среды, что повышает интенсивность взаимодействия частиц среды. Значит, увеличивается передача энергии колебательного движения.
На скорость распространения звука оказывает влияние среда, в которой распространяется звук. Это связано не только с плотностью среды, но и расположением частиц этой среды относительно друг друга.
При решении задач скорость звука в воздухе обычно считают равной \(340\) м/с.
При температуре \(0\) °С скорость звука в водороде равна \(1284\) м/с, а в углекислом газе — \(259\) м/с. Это различие связано с массой молекул газов, в которых распространяется звук. Масса молекул водорода меньше массы молекул углекислого газа.
Для измерения скорости звука существуют специальные устройства, принцип действия которых связан с определением времени, за которое звук проходит определенное расстояние.
Плотности жидкостей и твёрдых тел значительно больше плотностей газов. Поэтому молекулы в этих средах находятся значительно ближе друг к другу, а следовательно, взаимодействие между ними более сильное. Это способствует более быстрому распространению звука.
Формулы для расчёта скорости механической волны
\(\upsilon\) — скорость движения фронта волны:
1. звук распространяется равномерно:
υ
=
s
t
;
2. скорость пропорциональна длине волны:
υ
=
λ
T
3. скорость пропорциональна частоте колебаний:
υ
=
λ
ν
— раздел физики, изучающий звуковые явления.
Человек получает информацию различными органами чувств. После визуальной информации важной является . Звуковые сигналы человек начинает воспринимать ещё до рождения. По звукам он распознаёт родных, по интонации речи воспринимает степень комфорта окружения, подаёт сигналы об опасности или о необходимости в заботе (голод, телесный дискомфорт).
Рис.
. Изображение разговаривающего ребёнка
Звуковые сигналы являются мощным стимулом для ментального развития. Обучаемся мы тоже через .
Передача звуковой информации происходит с помощью механических волн.
Звуковые (акустические) волны
— распространение механических колебаний в упругих средах.
Источниками звука являются колеблющиеся тела.
О колебаниях струны мы можем судить по её звуку. Дрожание происходит с такой частотой, что струна для глаза кажется широкой, размытой линией (рис. \(2\)). Как только остановится колебание струн при прижатии их рукой, звук прекратится.
Рис.
. Изображение акустической гитары
Тонкий лёгкий лист бумаги будет отталкиваться дрожащей струной. Причём отталкивание будет производиться периодически, то есть через равные промежутки времени.
На рисунке \(3\) изображён камертон — изогнутый металлический стержень на ножке, который укреплён на резонаторном ящике.
Рис.
. Изображение камертона, закрепленного на резонаторном ящике
Чтобы камертон зазвучал, нужно заставить его колебаться с частотой звуковой волны (рис. \(4\)).
Рис. . Изображение камертона после удара по нему палочкой
Механические волны от источника (камертона) будут передавать по воздуху энергию колебания, достаточные для воздействия на лёгкий шарик, подвешенный на нитке (рис. \(5\)). Это подтверждает отскакивание шарика без соприкосновения с камертоном.
Рис. . Изображение камертона и отклоняющегося от положения равновесия шарика
Для того, чтобы увидеть траекторию движения ветвей камертона при колебании частотой около \(16\) Гц, можно закрепить грифель от карандаша на одной из ветвей.
Если ударить по камертону молоточком и перемещать лист бумаги, то грифель карандаша нарисует на бумаге волнообразную линию (рис. \(6\)).
Рис. . Изображение волны
Полученная экспериментальным путем линия напоминает синусоиду. Из этого следует, что ветвь звучащего камертона совершает колебания, которые являются гармоническими.
Источник звука всегда колеблется. Эти колебания могут быть настолько быстрыми, что являются незаметными для глаз. Например, звук человеческого голоса возникает в результате колебаний голосовых связок. В этом можно убедиться, приложив руку к горлу во время разговора. Колебаний мы не видим, но рука их ощущает. Колебания воздуха создают для нас огромный мир звуков, начиная от музыкальных инструментов и заканчивая шумом волн.
Однако, не всегда колеблющееся тело создаёт звук. Например, не издаёт звук покачивание головы из стороны в сторону. Колебание шарика на нити тоже происходит без звука. Не услышите вы и звука колеблющейся линейки, если её свободный конец будет достаточно длинным. В этом случае частота уменьшается настолько, что человеческое ухо не способно воспринимать звуковые колебания.
Оказывается, что человек способен воспринимать звуковые колебания с частотой в пределах от \(16\) до \(20000\) Гц.
— механические колебания частотой от \(16\) Гц до \(20\) кГц, передаваемые в упругой среде и воспринимаемые человеком как звуковые сигналы.
Границы слуховых ощущений индивидуальны.
Факторы, влияющие на звуковое восприятие
:
- возраст (дети восприимчивее к высоким звукам)
- заболевания (ОРВИ)
- хроническое нарушение слуха
- постоянное шумовое воздействие (машинисты, строители, лётчики)
- воздействие наушников (снижает слуховую чувствительность)
Механические колебания называются , если их частота превышает \(20 000\) Гц, а инфразвуковыми называются колебания с частотами менее \(16\) Гц.
Ультразвук и инфразвук так же широко встречаются в природе, как и волны, слышимые человеческим ухом. Ультразвуковые волны излучают и используют для общения между собой дельфины, летучие мыши, в инфразвуковом диапазоне “разговаривают” жирафы.
Дельфины используют ультразвук также для предупреждения сородичей об опасности, при обнаружении косяков рыбы.
Для летучих мышей ультразвук является средством обнаружения добычи (рис. \(7\)).
Рис. . Изображение летучей мыши, охотящейся на бабочку
Медузы чувствуют приближение шторма благодаря улавливанию создаваемой им инфразвуковой волны.
Ультразвук находит широкое применение в технике.
Одно из применений ультразвука — измерение глубины водоёма, например, моря (рис. \(8\)). На днище судна размещают источник ультразвука и устройство для его приема (т.е. приемник ультразвука).
Рис. . Изображение корабля, измеряющего глубину моря с помощью ультразвука
Источник излучает ультразвук короткими импульсами. Ультразвук доходит до дна водоема и отражается от него. Отраженный сигнал регистрируется приёмником. Ультразвук распространяется в воде со скоростью \(v\) и проходит расстояние (до дна водоема и обратно) за определенное время. Это расстояние равно \(2h\), где \(h \)— глубина моря.
Выведем из этой формулы величину \(h\).
(лат. ēсhō — отголосок, отзвук, греч. ἠχώ — звук, отзвук, лат. locatio — положение) — метод определения расстояния до объекта по времени задержки отражённой звуковой волны.
Рис. 3. Указание авторства не требуется: Звуковой Ящик Камертон Дерево, https://pixabay.com/images/id-3707792/, бесплатно для коммерческого использования.
Рис. 4. Указание авторства не требуется: Науки Физика Значки Атом Магнит Батареи Шестерня, https://pixabay.com/images/id-5976575/, бесплатно для коммерческого использования.
Рис. 5. Указание авторства не требуется: Науки Физика Значки Атом Магнит Батареи Шестерня, https://pixabay.com/images/id-
5976575/, бесплатно для коммерческого использования.
Рис. 6. Указание авторства не требуется: обои/рельефы, 2017-08-30, https://clck.ru/Uu6tj, бесплатно для коммерческого использования.
Рис. 7. Указание авторства не требуется: Летучая Мышь Черный Птицы Полет Крылья Большие, https://pixabay.com/images/id-34722/, бесплатно для коммерческого использования.
УРОК в 9 классе
ТЕМА: Звук. Характеристики звука.
. Дидактическая цель:
создать условия для осознания и осмысления блока новой учебной информации.
способствовать формированию представления о существовании в природе звуковых волн, выяснить диапазон звука, ввести понятия высоты и тембра звука, громкости звука, сформировать навыки решения качественных задач
способствовать обучению школьников умению отвечать на вопросы учителя, определять черты сходства и различия изучаемых объектов, формировать умение работать с дополнительной литературой, делать выводы и обобщения по данной теме, прослеживать взаимосвязь наук естественного цикла с физикой.
показать значение опытных фактов и экспериментов в жизни человека, формировать любознательность к изучению истории развития физики, к изучению явлений природы на основе физических знаний.
- Повторение по теме «Колебания. Волны» в виде фронтального опроса
Вопросы (на слайдах)
- 1. Все тела на слайде совершают периодически повторяющиеся движения. Какие из этих движений можно отнести к механическим колебаниям?
- Дети качаются на качелях.
В каких точках траектории кинетическая энергия тел минимальна? максимальна? - Фрагмент «Превращение энергии при колебаниях» (ролик 6)- приведите примеры, где можно наблюдать превращения энергии при колебаниях.
- В странах Востока, например в Японии, часто происходят землетрясения.
Эти колебания земной коры способны разрушить железобетонные здания, стальные мосты, дороги, а деревянные культовые сооружения-пагоды стоят веками. Почему?
- Фрагмент «Разрушительное действие резонанса» (ролик 4). Объясните происходящее явление.
- Какое физическое явление отражено в загадке?
По морю идет , идет, а до берега дойдет – тут и пропадет.
- Какие примеры колебательного движения приведены в стихотворении Н. А. Заболоцкого «УТРО»?
На нитке паук.
Прозрачен и чист,
В сияющих звездах
- Изучение нового материала.
Сегодня мы попробуем с вами разобраться, что же такое звук, звуковые явления. Вы наверное понимаете, что этот вид физических явлений связан с изучаемой нами темой «Колебания. Волны» и наша задача понять природу и сущность звуковых явлений и разобраться в физической природе этого вида явлений. Приступим!
В тетрадях запишите сегодняшнее число и тему урока
«Звук. Характеристики звука».
- Волны на поверхности озера или хлебного поля можно увидеть глазами. Однако большинство механических волн невидимы, как, например, звуковые волны.
Будильник, стоящий на небольшой подушечке, поместим под колокол воздушного насоса. Его “тиканье” станет тише, но все же будет вполне различимо. Откачав из-под колокола воздух, мы перестанем слышать тиканье вообще. Следовательно, звук тикающих часов мы слышим потому, что в воздухе могут возникать волны. Они и доносят до нас энергию “тиканья” часов.
Демонстрация видеофрагмента «Звук-волна в среде» (ролик 1).
С физической точки зрения звук представляет собой колебания частиц окружающей среды (воздуха), передающиеся от частицы к частице. Процесс распространение звука начинается с источника звука. В результате взаимодействия источника звука с
окружающим воздухом частицы воздуха начинают сжиматься и расширяться в такт с движениями источника звука. Затем происходит передача колебаний от одних частиц воздуха другим. В результате колебания передаются по воздуху на расстояние, т. е. в воздухе распространяется звуковая или акустическая волна, или, попросту, звук. Звук, достигая уха человека, в свою очередь, возбуждает колебания его чувствительных участков, которые воспринимаются нами в виде речи, музыки, шума и т. д.
Демонстрация анимации «Визуализация звуковой волны» (ролик 7)
2. Попробуем ответить на вопрос
: Что такое звук?
Самостоятельно или с помощью учителя приходят к выводу:
ЗВУК-ЭТО ПРОДОЛЬНАЯ ВОЛНА, ПРЕДСТАВЛЯЮЩАЯ СОБОЙ СГУЩЕНИЕ И РАЗРЯЖЕНИЕ ЧАСТИЦ СРЕДЫ.
( определение в тетрадь)
Для распространения звука необходима среда, вещество.
В длинную трубу, наполненную воздухом вставлен плотно прилегающий к стенкам поршень. Если поршень резко двинуть вправо и остановить, то воздух, находящийся в непосредственной близости от него, на мгновение сожмется Затем сжатый воздух расширится, толкнув воздух, прилегающий к нему справа, и область сжатия, первоначально возникшая вблизи поршня, будет перемещаться по трубе с постоянной скоростью. Эта волна сжатия и есть звуковая волна в газе (воздухе).
Закономерный вопрос: почему нельзя услышать голоса на Луне? (нет атмосферы, среда для волн отсутствует).
3. Сам по себе звук не появляется. Для того чтобы возникла звуковая волна нужно чтобы что-то или кто-то создал эту волну. Звук исходит от источников звука.
ТЕЛО, СОВЕРШАЮЩЕЕ КОЛЕБАНИЯ И ПОРОЖДАЮЩЕЕ ЗВУК, НАЗЫВАЕТСЯ ИСТОЧНИКОМ ЗВУКА.
( определение в тетрадь)
Приведите примеры источников звука –
учащиеся приводят примеры.
Одним из примеров источника звука является прибор – камертон.
КАМЕРТОН – ИСТОЧНИК ЗВУКОВЫХ ВОЛН.
Демонстрация прибора – камертон.
Проделаем опыт, подтверждающий, что источниками звука действительно являются колеблющиеся тела. Воспользуемся физическим прибором камертон. Он представляет собой металлическую “рогатку”, укрепленную на ящичке, у которого нет одной стенки. Если специальным резиновым молоточком ударить по “ножкам” камертона, то он будет издавать звук, называемый музыкальным тоном.
– если поднести к ветви камертона стеклянную бусинку на нити, то она будет отскакивать, что свидетельствует, о том, что ветви камертона колеблются.
ВЕТВИ КАМЕРТОНА СОВЕРШАЮТ КОЛЕБАНИЯ, ПОРОЖДАЯ ЗВУКОВЫЕ ВОЛНЫ.
– звуковой резонанс.
Два одинаковых камертона установлены так, что отверстия резонаторных ящиков находятся напротив друг друга. Ударив молоточком по одному из камертонов и приглушив его звучание рукой, можно услышать как будет звучать соседний камертон. Звуковые волны, образованные первым камертоном, возбуждают во втором камертоне вынужденные колебания с его частотой. Ящики способствуют усилению звука, за счет колебаний самого ящика и воздуха в нем. Определение скорости распространения волн в твердых телах (сталь, алюминий, латунь) основано на резонансном методе.
4. Какие звуки мы слышим? Не всякое колеблющееся тело является источником звука. Например, звук от взмахов крыльев бабочки мы не слышим, а «писк» комара всем хорошо знаком. Исследования показали, что
ЧЕЛОВЕЧЕСКОЕ УХО ВОСПРИНИМАЕТ КАК ЗВУК МЕХАНИЧЕСКИЕ
КОЛЕБАНИЯ с частотой от 20Гц до 20кГц (20 000 Гц)
Рассмотрим строение ушной раковины:
Звуковая волна 1 попадает в ухо через ушную раковину и направляется по слуховому каналу 2 к барабанной перепонке 3, которая колеблясь приводит в движение слуховые косточки 4. Косточки вибрируют, звук попадает во внутреннее ухо. Во внутреннем ухе звуковые волны вызывают пульсацию жидкости, приводящую в движение
крошечные волоски в улитке 5. С их помощью происходит превращение звуковых колебаний в электрические. Электрический импульс достигает мозга по нервным
Демонстрация анимации «Ухо человека – приемник звука» (ролик 3)
Какие звуки мы не слышим? Учащиеся сами или с помощью учителя приходят к выводу, что звуки, которые не лежат в области
человек не слышит.
Запишите в тетрадь
УЛЬТРАЗВУК – частота колебаний звуковой волны свыше 20 кГц (20000 Гц)
Издают ультразвук (летучие мыши, дельфины).
ИНФРАЗВУК – частота колебаний звуковой волны меньше 20 Гц
Издают инфразвук (медузы, ракообразные).
Высота звука зависит от частоты колебаний звуковых волн : чем больше частота колебаний, тем выше звук и наоборот. Звук одной частоты называют чистым тоном.
Камертоны издают чистый тон.
Звуки, издаваемые музыкальными инструментами- это сложные звуки, представляющие собой совокупность гармонических колебаний разных частот, т.е.совокупность чистых тонов.
Основному тону звука соответствует самая низкая частота сложного звука.
Обертоны – все остальные тоны сложного звука.
Звуки одинаковой высоты, издаваемые разным музыкальными инструментами, мы отличаем по характеру звучания-
Тембр звука определяется разным набором обертонов.
Рояль и скрипка могут издавать звуки одной высоты, но тембр у них разный, т.к. разная совокупность обертонов.
В речевой интонации благодаря тембру различаются различные оттенки эмоций: радость, неудовольствие, угрозу и т.д.
Громкость звука зависит от амплитуды колебаний: чем больше амплитуда колебаний, тем громче звук.
Громкость звука характеризуется уровнем звукового давления, которое измеряется в
белах (Б) или децибелах (дБ)
Привычные нам понятия шум и тишина мы можем теперь рассмотреть в единицах измерения громкости
80дБ пороговое значение шума для человека, более сильный шум вреден. Болевой порог лежит в пределах 120-130 дБ.
- РЕФЛЕКСИЯ. Закрепление нового материала
- Что такое звук?
- Приведите примеры источников звука.
- Какие механические колебания мы воспринимаем как звук?
- Есть ли звуки, которые мы не слышим? Как они называются?
Какое пороговое значение шума для человека?
Почему летящий комар издает звук, а бабочка или птица – нет?
Кто из насекомых (комар, шмель или муха) чаще машет крыльями в полете?
Домашнее задание § 34-36, упр. 30 (2,3) стр.121, задачи №898-901(устно) сборник задач Лукашик
Индивидуальное задание: рефераты по темам или презентации на 3-5 слайдов:
1. Различные музыкальные инструменты и диапазоны из частот.
2. Голоса певцов и частоты, которые они излучают.
3. Шумовое загрязнение.
Ооржак Ирина Константиновна
МБОУ Тээлинская СОШ иим. В.Б. Кара-Сала
Тема: Высота, тембр и громкость звука.
углубить знания обучающихся о звуковой волне, сформировать у них представление о звуке и его характеристик.
- углубить знания о звуке, сформировать понятие о его характеристиках (громкости, высоте, тембре), познакомить со свойством отражения звука от преград на примере эха;
- организовать усвоение основных понятий по данной теме;
- сформировать умения распознавать звуковые явления и объяснять на основе имеющихся знаний основные свойства и условия протекания этих явлений, описывать изученные свойства явлений, используя физические величины: амплитуда, частота;
- способствовать правильной трактовке физического смысла используемых понятий;
формировать научное мировоззрение учащихся.
- развивать умения генерировать идеи, выявлять причинно-следственные связи, искать аналогии и работать в команде;
- формировать умение анализировать факты при наблюдении и объяснении явлений, при работе с учебником;
- использовать умения и навыки различных видов познавательной деятельности, применять основные методы познания (системно-информационный анализ, моделирование);
- использовать основные интеллектуальные операции: формулирование гипотез, анализ и синтез, сравнение, обобщение, систематизация, выявление причинно-следственных связей, поиск аналогов;
- развивать умение определять цели и задачи деятельности, выбирать средства реализации цели и применять их на практике, использовать различные источники для получения информации.
- формировать умения управлять своей учебной деятельностью;
- совершенствовать коммуникативные умения в ходе коллективного обсуждения, развивать умение формулировать и аргументировать собственное мнение;
- развивать внимание, толерантность, уважительное отношение друг к другу, умение бесконфликтно работать в группах, в парах;
- формировать интерес к физике при анализе физических явлений
путём мотивации постановкой познавательных задач, раскрытием связи теории и опыта; - развивать внимание, память, логическое и творческое мышление, наблюдательность;
- воспитывать положительное отношение к труду, целеустремленность, самостоятельность на пути достижения цели.
Тип урока: у
рок усвоения и первичного закрепления новых знаний.
урок с элементами системно-деятельностного подхода.
репродуктивный, проблемный, эвристический.
Формы организации учебной деятельности:
фронтальная, групповая, в парах постоянного состава, индивидуальная.
- знать, что такое звук, его характеристики;
- объяснять зависимость громкости звука от амплитуды, а высоты звука от частоты;
- уметь демонстрировать зависимость громкости звука от амплитуды, а высоты звука – от частоты колебаний; уметь приводить примеры звуков разной высоты.
- коммуникативные умения, творчество;
- умение добывать информацию в ходе эксперимента;
- межличностное взаимодействие и сотрудничество;
- умение определять границы собственного незнания;
умение преодолевать трудности.
овладение навыками самостоятельного приобретения новых знаний, организации учебной деятельности, постановки целей, планирования, самоконтроля и оценки результатов своей деятельности, умениями предвидеть возможные результаты своих действий;
развитие экспериментальных умений;
проявление инициативности и самостоятельности;
умение использовать основные интеллектуальные операции.
осознание целостности, неразрывности изучаемых дисциплин (физики с музыкой, литературой, биологией, ОБЖ, историей).
постановка и формулирование цели, определение проблемы, планирование последовательности действий, контроль и оценивание достигнутых результатов, анализ и систематизация информации представленной различными способами; осуществление самоконтроля за уровнем освоения знаний изученного материала;
углублять знания о звуковых явлениях, объяснять причину различных громкости, тональности и тембра звука, уметь объяснить явление эхо, как пример отражения звука от преград, ориентироваться в учебнике, определять тему;
отвечать на вопросы учителя, товарищей по классу, участвовать в диалоге, формулировать свои мысли и высказывать свое мнение, соблюдать нормы речевого этикета, слушать и понимать речь других при работе в группе, паре;
ответственное отношение к учению, готовность и способность к саморазвитию и самообразованию на основе мотивации к обучению и познанию; коммуникативная компетентность в общении и сотрудничестве со сверстниками в процессе образовательной деятельности; ценность здорового и безопасного образа жизни.
компьютер, мультимедийное оборудование, презентация в MS Power Point, запись видеофрагментов о Тиме Стормсе иСветлана Феодулова, оборудование для демонстрационного эксперимента (камертон, набор фужеров, металлическая ложка), оборудование для фронтального эксперимента (линейки (6 шт), картонные трубки (6 шт)) гитара
- Исследование зависимости громкости звука от амплитуды колебаний с помощью камертона
- Исследование зависимости высоты звука от частоты колебаний с помощью линейки
- Исследование зависимости высоты звука от частоты колебаний с помощью стаканов с водой
- Организационный этап (2 мин)
- Мотивационный этап (2 мин)
- Актуализация опорных знаний (4 мин)
- Определение темы и постановка целей урока (4 мин)
- Изучение нового материала (21 мин)
- Закрепление изученного материала (5 мин.)
- Подведение итогов. Оценивание учащихся (2 мин)
- Рефлексия (3 мин)
- Домашнее задание (2 мин)
- (приветствие, проверка готовности к уроку, отметка отсутствующих в журнале, психологическая подготовка к общению)
- Мотивационный этап (2 мин).
Известно, что человек получает информацию об окружающем мире с помощью своих органов чувств, и слух является одним из важных источников познания. Сегодня посредником в получении звуковой информации являются технические устройства: мобильные телефоны, плееры. Многие из вас сталкивались с вопросом: “Как выбрать наушники?”. Если у вас хорошие наушники, то вы знаете, как преобразуется мир с помощью звуков, – хочется танцевать от заводной музыки, насладится гармонией классической. Музыка способна поднять настроение и повысить жизнерадостность. Ученые советуют, чтобы человека окружал приятный звуковой фон и тогда у него не будет проблем со здоровьем.
Как вы думаете, какие должны быть характеристики у хороших наушников для музыкального плеера, либо телефона?
- Актуализация опорных знаний (4 мин).
Приём «Мозговой штурм».
- Для решения проблемы вначале вспомните, что собой представляет звук?
– это механические волнообразные колебательные движения, распространяющиеся в газообразной, жидкой и твердой среде, воспринимаемые органами слуха)
Выберите верное утверждение, что является условиями возбуждения звуковой волны:
А: наличие источника колебаний
Б: наличие упругой среды
В: наличие газовой среды
наличие упругой среды)
- Перечислите характеристики звуковых
(амплитуда, период, частота,
- В толковом словаре В. И. Даля читаем: «Звук – всё, что слышит ухо, что доходит до слуха». Волны какой частоты воспринимаются ухом человека?
(20 Гц – 20000 Гц).
Замечательно! Теперь я могу с уверенностью сказать, что вы многое знаете по данной теме. Но ещё немало вопросов, на которые мы должны получить ответы.
Да, действительно, мы сегодня будем говорить о характеристиках звука.
- углубить знания о звуковой волне;
- сформировать представление о характеристиках звука;
- познакомиться со свойством отражения звука на примере эха.
Запишите в тетрадь:
«Высота, тембр и громкость звука».
- Изучение нового материала.
Фронтальный эксперимент с элементами эвристической беседы.
- Как вы думаете, от чего зависит громкость звука?
На демонстрационном столе стоит камертон. Ударяю по нему, слышится звук.
- Как усилить звучание камертона?
- Какая характеристика колебаний меняется при этом?
- Сделайте вывод о том, от чего же зависит громкость звука
(Громкость звука зависит от амплитуды колебаний: чем больше амплитуда, тем громче звук)
Запись в тетрадь:
Громкость звука зависит от амплитуды колебаний: чем больше амплитуда, тем громче звук.
Громкость (или интенсивность) звука –
это субъективное качество слухового ощущения, позволяющее располагать все звуки по шкале от тихих до громких. Сегодня в практических задачах акустики громкость звука характеризуется уровнем звукового давления, которое измеряется в децибелах (дБ).
Работа с учебником (Белага, стр. 46)
Откройте учебники на стр. 46 и посмотрите на шкалу громкости. Обратите внимание на то, что порог восприятия начинается с нулевой отметки. Плеск воды – 20 дБ; 60 дБ – это привычное для нас спокойное общение друг с другом, обсуждение чего-либо; шум машин на улице характеризуется уровнем в 80-90 дБ; работа отбойного молотка – 100 дБ; 110 дБ – громкость звучания во время рок-концерта.
- А что происходит при воздействии на слуховой аппарат человека звука громкостью 130 дБ?
При 180 дБ может даже произойти разрыв барабанной перепонки.
Пример : танкисты на танке.
А при длительном воздействии такого звука происходит необратимое ухудшение слуха: человек перестает слышать тихие звуки: шепот, шелест листьев. Поэтом если вы слушаете музыку в наушниках, вы должны понимать, что долго и громко слушать нельзя. Как и пользоваться некачественными наушниками. Или долго слушать музыку с максимальной громкостью.
Как видите, громкий звук неблагоприятно отражается на здоровье. Уже, начиная с уровня громкости около 90 дБ, у некоторых людей могут возникнуть симптомы шумовой болезни: повышенная нервная возбудимость, быстрая утомляемость, повышение артериального давления.
Сегодня наблюдается активное ухудшение слуха не только у самой старшей возрастной категории людей, но и у молодежи. Причиной тому может послужить любовь к очень громким звукам, например, музыке в наушниках. Также это может быть последствием профессиональной деятельности, когда на производствах меры собственной безопасности не выполняются. Еще одной причиной может послужить отит с осложнениями, различные травмы ушей и головы.
Возьмите линейку, положите на столе так, чтобы на столе оказалась примерно четвёртая часть линейки, хорошо зажмите её рукой. Выведите свисающую со стола часть из положения устойчивого равновесия и отпустите, послушайте, как звучит линейка. Посмотрите, как часто она колеблется.
Затем уменьшите свободную часть линейки и повторите опыт и наблюдения.
- Какой вывод можно сделать?
(чем короче колеблющаяся часть линейки, тем чаще она совершает колебания, то есть частота колебаний больше, а звук выше)
Итак, высота звука (или тональность) зависит от того, как часто колеблются источники звука.
Чем больше частота колебаний, тем выше звук.
Запись в тетрадь
Высота звука зависит от частоты колебаний: чем частота колебаний больше, тем выше звук.
- Какой голос самый низкий?
- А самый высокий?
Внимание на экран.
Видеофрагмент о Тиме Стормсе
Тим Стормс — американский певец и композитор, дважды внесён в Книгу рекордов Гиннесса за «Самый низкий звук, произведенный человеком» и «Самый широкий вокальный диапазон».
Видеофрагмент о Светлане Феодуловой
Светлана Феодулова –
русская оперная певица, обладательница «самого высогого голова на планете»
На демонстрационном столе вы видите набор стаканов. Но сегодня это не просто посуда, а музыкальный инструмент. Не верите? Я вам сейчас докажу.
Вот так звучат пустые стаканы
(удар по стаканам металлической ложкой)
. А теперь наполню стаканы водой, но высота жидкости в стаканах будет разная. Сначала послушайте, как меняется звук по мере заполнения стакана водой.
А теперь – как звучат стаканы с разным уровнем жидкости в них.
- (чем выше уровень воды в стакане, тем частота колебаний меньше, а значит звук ниже)
Это ударный инструмент, а вот и духовой.
Вставьте в пробку вязальную спицу и поместите эту конструкцию в картонную трубку. Предлагаю подуть вдоль края трубки и одновременно перемещать спицу вверх-вниз. Что вы слышите?
(меняется тональность; чем меньше столб воздуха над пробкой, тем частота его колебаний больше, потому звук выше)
Вот таким образом создается звук во флейте.
И уж, коль речь зашла о музыкальных инструментах, то с гитарой ничто не сравнится. Предлагаю немножко отдохнуть.
(Никита Султанов исполняет на гитаре произведение)
- Никита, можешь нам рассказать, как твой инструмент издаёт звуки и почему
Гитара – струнный щипковый музыкальный инструмент. Когда струна начинает колебаться, возникает звук, который передается нашему уху. Высота звука зависит от длины, толщины и натянутости струны: короткая или длинная. Чем чаще колеблется струна, тем выше звук она издаёт. Во время игры музыканты могут изменять длину струн, зажимая их в тех или иных местах пальцами, таким образом, изменяя тональность. Чем длиннее струна, тем частота её колебаний меньше, потому звук ниже. Короткие струны дают высокий звук. А громкость звука зависит от амплитуды колебаний струны. Чем сильнее дергать струну, тем с большей амплитудой она будет колебаться и тем громче ее звучание.
Игра «Угадай голос»
А теперь такой эксперимент. Кого-то попросим отвернуться, а те, на кого я буду показывать, будут произносить имя этого человека. Нужно угадать, чей это голос.
- А по какому признаку ты угадывал голоса одноклассников?
Если бы вибрирующие тела создавали при звучании в каждый момент только один тон, мы не смогли бы отличить голос одного человека от голоса другого, а все музыкальные инструменты звучали бы для нас одинаково.
Всякое вибрирующее тело создает одновременно звуки нескольких тонов и при этом различной силы. Самый низкий из них называется
более высокие тона, сопровождающие основной, –
В совместном звучании основной тон и обертоны создают
Каждому музыкальному инструменту, каждому человеческому голосу присущ свой тембр, своя «окраска» звука.
Запись в тетрадь:
— специфический оттенок звука одного и того же тона на различных голосах или инструментах, который составляют основной звук (самый низкий) с обертонами (более высокие тона).
Работа в группах
Каждая команда получает вопрос
Какое насекомое чаще машет крыльями в полете: шмель, муха или комар?
Комар при полете издает более высокий звук, значит, чаще машет крыльями, чем муха и шмель.
Как с помощью листа бумаги усилить звук голоса? Продемонстрировать.
Лист свернуть в виде воронки и использовать как рупор. Звук будет
распространяться в одном направлении
Применение знаний и формирование умений:
Обратитесь к тексту. Дайте статье название. Выполните самостоятельно задания.
Оказывается, что выбрать наушники, которые удовлетворят ваши запросы, это целая наука! Чтобы выполнить эту задачу, необходимо подобрать наушники по следующим параметрам. Во-первых, частотная характеристика. У хороших наушников этот диапазон составляет 16 Гц – 20 кГц. Чем диапазон уже, тем большая часть частот “исчезнет” из композиции. Как правило, особо важную роль играет нижний предел частотного диапазона. Басы находятся именно на нижней планке частот. Если вы особо ревностно относитесь к качеству звука, то лучше выбрать наушники с повышенным качеством звучания – модель с большим диаметром мембраны. Несмотря ни на что, почти никакие наушники – “вкладыши” с размером мембраны 9 – 12 мм не способны состязаться в чистоте звука с накладными наушниками, имеющими диаметр мембраны 30 мм и выше, что позволяет им значительно расширить частотный диапазон и улучшить качество звучания. Во-вторых, это чувствительность, влияющая на громкость звука в наушниках. Хорошо, чтобы наушники обеспечивали чувствительность не ниже 100 – 120 дБ. Третья характеристика – импеданс (сопротивление). Чем ниже сопротивление проводника, тем больший ток будет протекать через ваши наушники, тем громче они звучат. Для музыкального плеера либо мобильного телефона нужно выбрать наушники с импедансом 16 – 64 Ом. Есть еще ряд характеристик, которые имеют отношение к уже дизайну: форма, тип дужки, цвет. Наушники могут быть проводными и беспроводными. Выбор остается за только вами!
1. Заполните таблицу.
Перед вами витрина магазина. Оцените товар, выберите для себя наушники. Выбор обоснуйте с физической точки зрения.
- Подведение итогов урока. Оценивание учащихся (3 мин).
- Домашнее задание (3 мин)
подготовить сообщение или презентацию на любую из тем (по выбору)
(учащимся выдаются листы с темами)
- Влияние музыки на здоровье человека
- Шум и методы борьбы с ним
- Как правильно выбрать наушники?
- Когда звук убивает наверняка?
- Применение эха на практике
- Тишина: польза или вред?