Тема уроку. Звукові і ультразвукові коливання та їх застосування

Мета уроку. Ознайомити учнів зі звуковими явищами;. дати поняття звукової хвилі і ввести її основні характеристики – швидкість, висота та гучність, пояснити які звуки сприймає людина, розвивати мислення та інтерес учнів до набуття фізичних знань;  продовжити формування переконань учнів у пізнаваності Природи й використанні набутих знань для практичних потреб Людини. 

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.

 Презентація до уроку: http://dfiles.ru/files/xd67lff23 або  http://dfiles.ru/files/hxbamnsqh

Хід уроку

I.Організаційний етап

Учитель перевіряє готовність учнів до уроку, налаштовує їх на роботу.

II.           Формулювання мети і завдань уроку.
Мотивація навчальної діяльності учнів

Заплющте очі і уявіть, що ви сидите в концертному залі і слухаєте музику знаменитого композитора. Музичні тони, їхні переливи викликають у людини істинну насолоду. Немає, напевне, на Землі людини, яка б не любила музику. Музика супроводжує людини протягом усього життя: весела і сумна, ритмічна і повільна. А ось хто любить відпочивати восени на лоні природи? Пригадайте, які звуки ви там чули: шелест листя, спів пташок, свист вітру…

Саме про звук ми й поговоримо

Оголошення теми і мети уроку.

IV.Актуалізація опорних знань та вмінь учнів

Комп’ютерне тестування за допомогою програми

Тема « Коливальний рух»

ІІІ. Вивчення нового матеріалу.

1. Джерела звуку

Ми всі живемо у світі звуків. Цей світ необхідний нам для нормального розвитку й існування. Звуки, які ми чуємо, повідомляють про те, що відбувається навколо нас, навіть якщо ми не бачимо джерела звуку. Наприклад, ми чуємо телефонний дзвінок, гуркіт автомобілів або шум дощу.

Нас оточує багато предметів, здатних видавати звуки, наприклад, музичні інструменти: скрипка, гітара, віолончель, флейта, сопілка...

Виконаємо дослід, що підтверджує, що джерелами звуку дійсно є тіла, що коливаються. Скористаємося фізичним приладом, що називають камертоном. Повільно присунемо камертон, що звучить, до тенісної кульки, що висить на нитці. Як тільки вони зіткнуться, кулька відразу ж, начебто від сильного поштовху, відскочить убік. Так відбувається саме через часті коливання ніжок камертона.

Якщо піднести до струни, що звучить, кульку для гри в настільний теніс, то кулька, торкнувшись струни, відскакує убік. Дослід свідчить про те, що струна, яка звучить, коливається, тобто звук виникає під час коливання струни

Таким чином, поставлені нами досліди дозволяють зробити висновок, що

джерелами звуків є тіла, що коливаються.

Демонстрація. Звук можно побачити

2. Поширення звуку

Під скляний ковпак помістимо на поролоновій подушці годинники-будильник. Будемо викачувати повітря з-під ковпака.

Ми помітимо, що звук, який видає будильник, стає дедалі тихішим, і, нарешті, ми взагалі перестаємо чути звук.

Цей дослід доводить, що

для поширення звуку необхідне середовище.

Середовище може бути різним: повітря, вода, скло, земля. Головне, щоб середовище, у якому поширюється звук, проявляло пружність під час зміни форми або об’єму.

Демонстрація (слайд

3. Швидкість звуку

Звук поширюється не миттєво і що швидкість поширення його значно менша за швидкість поширення світла (300 000 км/с).

Поширення звукових хвиль у різних середовищах відбувається з неоднаковою швидкістю. За допомогою дослідів було виявлено, що в повітря при температурі 0^оС швидкість звуку становить 332 м/с. У воді з температурі 0оС цей показник становить приблизно 1485 м/с.

    У твердих тілах швидкість звуку ще більша, ніж у рідинах. У деяких металах швидкість сягає кількох тисяч метрів за секунду: зокрема, у свинці – 1300 м/с, у міді – 4560 м/с, у сталі – 5100 м/с, а в алюмінії при температурі 20°С дорівнює .  Цікаво, що крізь гуму звук проходить зі швидкість лише 54 м/с, крізь корок – 500 м/с, цегляну стіну – 3480 м/с, граніт – 3950 м/с, дерево – 4000 м/с, а скло 5000 м/с.

4. Приймачі звуку

Найважливішим для нас приймачем звуку є, звичайно, вухо. На рисунку схематично зображена будова вуха.

Звукова хвиля, потрапляючи на барабанну перетинку, спричиняє її коливання. Ці коливання через мініатюрні кісточки, що називаються молоточком і ковадлом, передаються в наповнений рідиною завиток, названий равликом. У рідині виникають хвилі, які впливають на чутливі клітинки, де народжуються нервові імпульси, що йдуть у мозок. Саме ці імпульси й сприймаються мозком як звук.

Вухо є надзвичайно чутливим інструментом: воно здатне сприймати звуки, що відрізняються за інтенсивністю в 1014 разів. Сааме в стільки разів відрізняється інтенсивність тихого шепоту від інтенсивності звуку відбійного молотка або рок-концерту.

Наше вухо сприймає у вигляді звуку коливання, частота яких лежить у межах від 16 до 20 000 Гц. Зазначені границі звукового діапазону умовні, тому що залежать від віку людей й індивідуальних особливостей їх слухового апарата. Зазвичай верхня частотна границя звуків, що сприймаються, з віком значно знижується — деякі люди похилого віку можуть чути звуки із частотами, що не перевищують 6000 Гц.

Вухо є природним приймачем звуку, однак створені й штучні приймачі звуку. Найбільш широко використовуються різні мікрофони. Вони перетворюють звукові коливання на коливання електричного струму, завдяки чому з’явилася можливість записувати звук і передавати його на великі відстані.

 5. Гучність звуку

Звук, створюваний одним джерелом, відрізняється від звуку, створюваного іншим. Наприклад, кожна зі струн гітари видає звук, що відрізняється від звуку, який видається іншими струнами.

Дві, здавалося б, зовсім однакові скрипки можуть звучати по-різному. При цьому звук скрипки не можна сплутати зі звуком гобоя, звук барабана — зі звуком тромбона. Ті самі звуки, створені різними людьми, відрізняються одне від одного.

Все це свідчить про необхідність увести характеристики, за допомогою яких можна було б оцінювати випромінювання й сприйняття звуку.

Ударимо молоточком по ніжці камертона із прикріпленим до неї вістрям і проведемо ним по закопченому склу. Ми побачимо знайомий хвилеподібний слід, зображений на рисунку.

Ударивши по вітці камертона сильніше, ми почуємо більше голосний звук, а вістря на пластинці залишить слід, що відрізняється від першого більшим «розмахом», тобто більшою амплітудою коливань. Отже,

гучність звуку визначається амплітудою коливань тіла, що звучить.

Звичайно, чим більше амплітуда звукових коливань, тим звук здається більш голосним, але гучність для звуків різних частот буде різною. Людське вухо погано сприймає звуки низьких частот (близько 20 Гц) і високих (близько 20 кгц) частот і значно краще — звуки середніх частот (від 300 Гц до 3000 Гц). Це пояснюється будовою органів слуху людини.

6. Висота звуку

Якщо спеціальним гумовим молоточком ударити по «ніжках» камертона, то він буде видавати звук, що називається музичним тоном.

Ми добре знаємо, що звук буває високий і низький. Як відомо, бас співає низьким голосом, а тенор — високим. Від якої ж характеристики звукової хвилі залежить висота звуку? Досліди показують, що

висота звуку визначається частотою звукової хвилі: чим більше частота хвилі, тим звук вищий.

Частота звукових коливань, створюваних музичними інструментами, може змінюватися від 20 до 4000 Гц.

Писк комара відповідає 500–600 змахам його крилець за секунду, дзижчання джмеля — 220 змахам. Коливання голосових зв’язок співаків можуть створювати звуки в діапазоні від 80 до 1400 Гц, хоча в експерименті фіксувалися рекордно низька (44 Гц) і висока (2350 Гц) частоти.

У телефоні для відтворення людського мовлення використається область частот від 300 до 2000 Гц.

7. Тембр звуку

Звуки однакової висоти й гучності, створювані різними музичними інструментами, звучать по-різному, навіть та сама нота, узята різними співаками, звучить по-різному.

Особлива якість звуку — його забарвлення, характерне для кожного голосу або музичного інструменту,— називають тембром. Тембр пов’язаний зі специфічними властивостями джерела звуку.

Від чого ж залежить тембр звуку? Виявляється, що будь-яке джерело звуку (за незначних винятків, наприклад, камертона) здійснює складні несинусоїдальні коливання. Їх можна спостерігати за допомогою осцилографа. Якщо підключити мікрофон і проспівати яку-небудь мелодію, то на екрані осцилографа з’явиться не синусоїда, а складніша крива.

На рисунку показані графіки коливань повітря біля рота людини, що співає звуки «А» й «О». Зверніть увагу, що коливання повітря (і голосових зв’язок людини) є досить складними, оскільки складаються ніби з декількох коливань, що накладаються одне на одне.

Несинусоїдальне коливання може бути представлене у вигляді суми гармонічних коливань із різними частотами. Коливання з найменшою частотою називається основним тоном, а коливання з більш високою частотою називається обертоном, або гармонікою.

Тембр звуку визначає його забарвлення. Він визначається наявністю й інтенсивністю обертонів — частот, кратних основній.

Саме завдяки тембру звуки різних музичних інструментів мають різне звучання. Чим більше обертонів, тим «насиченіше», гарніше звук. Чарівний сріблистий відтінок голосів гарних співаків обумовлений саме високими обертонами.

8. Відбиття звуку

Звук, поширюючись у якому-небудь середовищі, доходить до перешкоди й майже повністю відбивається. У цьому можна переконатися на багатьох дослідах.

У лісі, горах, іноді в приміщеннях нам доводилося чути луну.

Луна — результат відбиття звуку: звукові хвилі відбиваються від різних перешкод, навіть від хмар. Іноді можна почути навіть багаторазову луну — результат декількох відбиттів.

Ці й інші досліди з механічними хвилями дозволяють сформулювати узагальнення: механічні хвилі будь-якого походження мають здатність відбиватися від границі розділу двох середовищ.

Відбиття звуку відбувається за таким самим законом, що й відбиття світла: кут відбиття дорівнює куту падіння.      

9. Нечутні звуки

Звук, що сприймається або чується вухом людини, має частоти в діапазоні 20–20 000 Гц. Звукові хвилі з нижчими частотами називають інфразвуком, а з вищими — ультразвуком.

Інфразвук викликають, наприклад, землетруси й вібрація важких механізмів, автомобілів, тракторів і побутових приладів. Наприклад, сільськогосподарські трактори й вантажівки мають максимальні вібрації в діапазоні 1,5–3,5 Гц, гусеничні трактори — близько 5 Гц. Музичний орган так само може випромінювати інфразвук. Усілякі вибухи й обвали також можуть випромінювати звуки інфрачервоних частот.

Механізм сприйняття інфразвуку і його фізіологічної дії на людину поки повністю не встановлений. Такі звуки не чутні, проте вони чинять негативну дію на організм людини: з’являється підвищена нервозність, почуття страху, приступи нудоти. Іноді з носа й вух іде кров.

Чутливі приймачі ультразвуку показали, що він входить до складу шуму вітру й водоспадів, до складу звуків, випромінюваних деякими тваринами.

Ультразвукові хвилі можна одержати за допомогою спеціальних високочастотних випромінювачів. Вузький паралельний пучок ультразвукових хвиль у процесі поширення дуже мало розширюється. Завдяки цьому ультразвукову хвилю можна випромінювати в заданому напрямку.

Ультразвук сьогодні широко застосовують у різних галузях. Наприклад, з його допомогою вимірюють глибину моря. З судна посилають ультразвуковий сигнал і визначають проміжок часу, що пройшов до моменту приходу сигналу, відбитого від дна. Знаючи швидкість звуку у воді, можна визначити відстань до дна. Прилад для вимірювання глибини дна називають ехолотом.

Повідомлення учня

У 1916 році французький фізик Поль Ланжевен вперше виготовив ультразвуковий локатор для підводної сигналізації та виявлення підводних човнів. Ультразвук використовують в ехолотах – приладах для вимірювання глибини озер, морів, океанів або глибини занурення будь-яких тіл. За ехолотом визначають час між поданням звукового сигналу та прийомом від нього відлуння. Так одержують шлях, що пройшов звук, тобто відстань до дна. Ехолот вперше застосували у 1927 році на німецькому судні "Метеор” для промірів глибин у Південній Атлантиці.        

За допомогою ультразвуку «просвічують» металеві вироби для виявлення в них прихованих дефектів — сторонніх включень, тріщин або порожнин.

Ультразвук широко використовують й у медицині — як для обстеження хворого, так і для його лікування. Лікування ультразвуком засноване на тому, що він зумовлює внутрішній розігрів тканин організму.

ІV. Закріплення вивченого матеріалу

1. Навчаємося розв’язувати задачі

1. Спостерігаючи здалеку за рухами людини, що працює молотком або сокирою, можна помітити, що звук удару чується не під час удару, а коли людина піднімає руку з молотком. Як це пояснити?

Розв’язок. Через те, що звук рухається зі швидкістю, приблизно в 1 000 000 разів меншою за швидкість світла, удари ми «бачимо» практично миттєво, а звук удару запізнюється.

2. Під час грози шум грому був почутий через 8 с після спалаху блискавки. На якій відстані йде гроза? Швидкість звуку в повітрі вважайте 340 м/с.

2. Поміркуй і відповідай

1. Чи можна на Землі почути гуркіт від падіння метеорита на Місяці?

2. Чому космонавти, що перебувають у відкритому космосі, не чують одне одного, хоча в їхніх скафандрах є повітря?

3. Чому ми чуємо звук від комара, що летить, а від птаха, що летить, не чуємо?

4. Чому звуки з однаковою амплітудою, але з різними частотами людина сприймає як звуки різної гучності?

5. Якщо блискавка вдарила неподалік від вас, чутний різкий однократний удар грому, а якщо блискавка була далеко, чутно тривалий гуркіт грому. Чому?

6. На чому заснована дія рупора?

V. Підсумок уроку

Що вивчали на уроці?

Оцінювання

VІ. Домашнє завдання

Прочитати §12 , дати усні відповіді на запитання після §12, підготуватися до лабораторної роботи №4 «Вивчення характеристик звуку»