ІНТЕГРОВАНИЙ УРОК З ФІЗИКИ ТА БІОЛОГІЇ «Звукові хвилі»
ІНТЕГРОВАНИЙ УРОК З ФІЗИКИ ТА БІОЛОГІЇ
Тема уроку «Звукові хвилі»
Мета уроку:
1) освітня:
- сформувати поняття: звукова хвиля, джерело і приймач звуку;
- забезпечити засвоєння умов необхідних для виникнення звукової хвилі, визначення напрямку поширення звуку, механізму сприйняття звуку людиною;
-ввести об’єктивні (довжина і частота) і суб’єктивні (гучність, висота тону, тембр) характеристики звуку, показати їх відповідність;
- сформувати на рівні розуміння поняття: поріг чутності, поріг больового відчуття;
2) виховна:
- сприяти в ході уроку формуванню світоглядних понять: причинно-наслідкових зв'язків, пізнаваності природи;
- сприяти естетичному вихованню учнів;
- виховувати інтерес до предмету через практичну значимість досліджуваного матеріалу;
- забезпечувати сприятливі психологічні умови на уроці, мотивацію учнів до навчальної діяльності (через посильність завдань і створення ситуації успіху);
3) розвиваюча:
- продовжити розвиток мови, мислення, уваги;
- формування навичок навчальної роботи;
- забезпечення міжпредметних зв'язків між фізикою та біологією.
Тип уроку: урок вивчення нових знань.
Тривалість уроку: 90 хвилин
Обладнання: металева лінійка, затягнута плівкою ємність, свічка, камертон, молоточок, легкий предмет, підвішений на нитці, штатив, класна дошка, персональний комп’ютер, проектор, картки з QR – кодами.
Очікувані результати:
-Учні застосовують теоретичні знання про характеристики механічних хвиль і розширюють свої знання, виявивши характеристики, властиві звуку (гучність, висота).
-Працюючи з текстами підручника та додаткових джерел інформації, учаться виділяти головну думку, аналізувати, виявляти подібності й відмінності.
-У результаті спільної діяльності учні набувають вміння та навички дослідницької роботи, ефективної взаємодії, досягаючи поставленої мети під час виконання завдань.
-Розвивають комунікативні навички, навички ораторського мистецтва.
-Проводять рефлексію власної діяльності
- Організаційна частина уроку.
Привітання, перекличка та перевірка готовності учнів до уроку.
2. Мотивація навчальної діяльності
Вчитель біології. Стародавні греки називали словом «фізика» будь-яку науку про природу. Минали століття, знання людей розширювалися. Настав момент, коли біологія (наука про живу природу) виділилася в окрему галузь знань.
Сьогодні в нас не звичайний урок, а комбінований. Ви зможете оцінити свої знання з двох предметів - біології та фізики. Результат вашої роботи буде наочно продемонстровано в таблиці успішності. Працювати ми будемо в групах, сформованих заздалегідь. Весь клас об’єднуємо в групи фізиків та біологів.
Епіграф уроку:
Найкращі фарби видно у безмовності,
найкращі звуки чути в тиші. (Фелікс Кривін)
3. Повідомлення теми, мети і основних задач уроку,
Учитель фізики: Ми живемо у світі найрізноманітніших звуків, звуки нас оточують завжди і всюди: цокання годинника й гул моторів, шелест листя та завивання вітру, гуркіт грому і дзюрчання струмочка, спів птахів і голоси людей, звучання музичних інструментів та пристроїв.
Учитель біології: Чи часто ми стикаємося зі звуковими явищами? Так, дуже часто. Настільки часто, що навіть і не помічаємо багато звуки навколо. Але є люди, які не чують нічого з народження, а деякі втрачають слух у результаті хвороби.
Учитель фізики: Що ж таке звук? Як він виникає? Чим один звук відрізняється від іншого? Сьогодні на уроці ми з вами спробуємо відповісти на ці та багато інших питань, пов'язаних зі звуковими явищами.
Учитель біології: Отже, тема уроку «Звукові хвилі». Звуки – одне з головних джерел інформації про навколишній світ. З перших хвилин життя людина потрапляє у світ звуків. Крик новонародженого – це, по суті, звуковий сигнал, який повідомляє маму: «Я прийшов»! Перший звук, перше «агу» і ніжна, ласкава мамина колискова.
4. Актуалізація опорних знань.
- А що в курсі фізики ми вкладаємо в поняття хвиля? (Хвиля – процес поширення коливань з часом.)
- Що таке механічна хвиля? (Процес поширення коливань часток пружного середовища (твердого, рідкого або газоподібного) з часом.)
- Умови виникнення механічної хвилі? (Наявність джерела коливань; тіла, що коливається. Наявність пружного середовища.)
- Які види хвиль вам відомі? (Поздовжні – шари середовища коливаються вздовж напрямку поширення хвилі; поперечні – шари середовища коливаються перпендикулярно до напрямку поширення хвилі.)
- В якому середовищі розповсюджуються поперечні хвилі? (В твердих тілах.)
- А поздовжні? (В твердих тілах, рідких і газоподібних.)
- Чи є механічна хвиля переносником енергії? А речовини? (Механічна хвиля переносить енергію, але не переносить речовину)
5. Вивчення нового матеріалу
Учитель біології: Поняття звуку можна розглядати з двох сторін: з боку біології та з боку фізики. Давайте спробуємо дати визначення звуку з позицій двох наук.
Слово надається команді фізиків.
Учні: Джерела звуку бувають природні і штучні. Ми, команда фізиків, розглянемо штучні джерела звуку.
Почувши якийсь звук, ми зазвичай можемо встановити, що він дійшов до нас від якогось джерела. Розглядаючи це джерело, ми завжди знайдемо в ньому щось нестійке. Прислів’я свідчить: «Якщо не вдарити у барабан, він не видасть ані звуку». Дійсно, для того, щоб барабан зазвучав, необхідно в нього ударити, тобто змусити його коливатися.
Якщо, наприклад, звук виходить від репродуктора, то в ньому коливається мембрана -легкий паперовий диск, закріплений за його коло. Якщо звук видає музичний інструмент, то джерело звуку - струна чи стовп повітря, що коливаються.
Загальним для всіх звуків є те, що породжують їх тіла, тобто джерела звуку, що коливаються.
Демонстрації.
1) Коливання математичного маятника. Проблемне питання: спостерігаємо коливання, а звук не чутно. Тобто не всякі пружні хвилі викликають у людини відчуття звуку. Чому? Що потрібно для того, щоб людина почула звук?
2)Металева лінійка. Якщо відхилити верхній кінець лінійки і відпустити, то лінійка почне коливатися, але звук ми не почуємо. Якщо ж ми зменшимо довжину лінійки, то вона починає видавати звук, тому що коливання частішають.(Довга лінійка робить коливання, які не дають звуку, а при коливаннях короткою лінійки виникає звук. Частота коливань короткою лінійки вище, ніж довгою.)
3)Камертон з кулькою. Спробуємо довести, що звук - це коливання, що поширюються в просторі, використовуючи камертон та намистинку, підвішену на нитці. Камертон був винайдений на початку VIII століття для настроювання музичних інструментів. Він складається з U-подібної трубки і резонаторної шухлядки, яка відкрита з одного торця для посилення звуку. Стандартний камертон випромінює хвилі з частотою 440 Гц. Якщо по камертону вдарити м'яким молоточком, то камертон зазвучить. Якщо до камертону, що видає звук піднести скляну намистинку, підвішену на нитці, то вона почне відскакувати від камертона, що свідчить про коливання його гілок.
4) Два камертона. Якщо розташувати поряд два камертони та по одному з них вдарити м'яким молоточком ,а потім швидко зупинити його коливання рукою, то другий камертон зазвучить через деякий час. Це свідчить про те, що до нього через повітря дійшла звукова хвиля.
5) Давайте проведемо дослід, який доводить, що звук – це збурення середовища. Візьмемо затягнуту плівкою ємність та свічку, що горить. Присунемо ємність до свічки приблизно на 3-5 см. Кінчиками пальців різко стукнемо по плівці, свічка гасне. Це доводить, що звукові хвилі є збуренням середовища, в даному випадку, повітря.
Висновок : якщо звук поширюється в повітрі, то звукова хвиля – це повздовжня механічна хвиля(фізика).
Слово надається команді біологів
Учні: Розглянемо природне джерело звуку: гортань людини (демонстрація навчальної таблиці). Гортань представляє із себе широку трубку, звужену посередині. У вузькій частині гортані знаходяться голосові зв'язки. Зв'язки можуть зближуватися і натягуватися, тобто змінювати розмір щілини, яка утворюється між ними. Коли людина мовчить і спокійна, зв'язки розведені. Якщо людина починає говорити, то краї щілини вібрують, тобто коливаються.
Звук поширюється в просторі тільки при наявності пружного середовища, яке необхідне для передачі коливань від джерела звуку до приймача. Ще давньогрецький філософ і вчений-енциклопедист Арістотель, виходячи із спостережень, вірно пояснював природу звуку, вважаючи, що тіло, яке звучить, створює поперемінне стиснення і розрідження повітря, яке доходить до людського вуха.
Вам, звичайно, відома будова людського вуха. Давайте пригадаємо її. Вухо складається з 3 частин. Зовнішнє вухо (вушна раковина - резонатор), що закінчується барабанною перетинкою; м'яз, що натягує барабанну перетинку, яка не має кровоносних судин (якби в ній циркулювала кров, то ми чули б, як вона протікає по судинах). Середнє вухо, яке за допомогою 3-х кісточок: молоточка, ковадла та стремінця, передає коливання барабанної перетинки до внутрішнього вуха. Внутрішнє вухо або лабіринт складається з півколових каналів і равлика. Равлик є апаратом, який сприймає звук. Внутрішнє вухо заповнене лімфою, вона приводиться до руху ударами стремена по перетинці, яка затягує овальне віконечко в кістяний коробочці лабіринту. На перегородці, що ділить равлика на дві частини, по всій її довжині розташовані поперечними рядами найтонші нервові волокна поступово зростаючою довжини. Ці волокна перетворюють звукову енергію в електричні сигнали, які надходять в мозок і сприймаються нами у вигляді звуку.
Висновок : звук - це те, що чує вухо (біологія).
Вчитель фізики: Шум навколишнього середовища є таким самим нормальним і необхідним фактором, як сонячне світло, вода, магнітне поле Землі. Але людському вуху доступна лише невелика частина коливань, що існують в природі. Людина чує звук, якщо коливання відбуваються з певною частотою. Чому ж дорівнює ця частота?
Повідомлення команди фізиків (презентація).
Учні: До чутного звуку зараховані механічні коливання з частотою від 16 до 20000 герц. Але вказані межі діапазону дещо умовні, оскільки залежать від індивідуальних особливостей слухового апарату, від віку людини. Зазвичай, з віком верхня частотна межа звуків, що сприймаються, значно знижується – деякі літні люди можуть чути звуки з частотами, що не перевищують 6000 Гц. Діти ж, навпаки, можуть сприймати звуки, частота яких дещо більша 20000 Гц.
Інфразвук - це акустична хвиля з частотою менше ніж 16 Гц. Інфразвук, що поширюється в земній корі, може виникати при землетрусах, під час виверження вулканів, вибухах атомних бомб. Джерелом можуть служити вихори повітря в атмосфері, грозові розряди, гарматні постріли, вітер, що оточує морські хвилі, двигуни реактивних літаків і т. д.
Ультразвук - це акустична хвиля з частотою більше ніж 20000 Гц. Ультразвукові хвилі можна отримати за допомогою спеціальних високочастотних випромінювачів, частота яких становить понад 20 кГц. Вузький паралельний пучок ультразвукових хвиль в процесі поширення дуже мало розширюється. Завдяки цьому ультразвукову хвилю можна випромінювати в заданому напрямку.
Ультразвук широко використовується в медицині для постановки діагнозу й лікування деяких захворювань. Діагностичні ультразвукові дослідження (УЗД) дозволяють без хірургічного втручання розпізнати патологічні зміни органів і тканин. Ці дослідження засновані на властивості ультразвукових хвиль з частотою від 0,5 до 15 МГц проходити через тканини організму, частково відбиваючись від усіх поверхонь, які представляють собою кордони тканин різного складу і щільності.
Гіперзвук - звукові коливання дуже високої частоти (ν = 109…1013 Гц). За природою гіперзвук пов'язаний з тепловими коливаннями кристалічної ґратки (так званий гіперзвук теплового походження), але існує і штучно збуджуваний гіперзвук. У науці гіперзвук застосовують для дослідження явищ розсіювання світла в однорідних прозорих середовищах. У повітрі за нормальних умов гіперзвук не розповсюджується внаслідок сильного поглинання.
Вчитель фізики : Чи чує людина інфра і ультразвуки? (Ні.) А інші живі істоти?
Учитель біології: Ультразвук добре чують комахи і тварини. Цвіркун сприймає діапазон частот від 2 до 4000 Гц, коник від 10 до 100000 Гц, жаба від 50 до 30000 Гц. Кажани, дельфіни, риби спілкуються між собою в діапазоні частот понад 20 000 Гц. Про те, як здійснюється спілкування у цих тварин, розкажуть представники команди біологів.
Повідомлення команди біологів (презентація).
Учні: Кажани можуть упевнено літати в цілковитій темряві, при цьому вони зберігають повністю здатність полювати за комахами. Чудова орієнтація пов'язана з їх здатністю сприймати відлуння. Виявилося, що під час польоту миша випромінює короткі ультразвукові сигнали, які приходять до неї від найближчих перешкод і від комах поблизу. Такий спосіб орієнтації кажанів назвали ехолокацією.
Кажани - володарі вельми досконалих природних радарів, або, інакше кажучи, природних сонарів. Пристрій сонарів різний у видів кажанів. Відбиті від об'єкта ультразвукові хвилі кажан сприймає вухами, які мають порівняно великі розміри. Слуховий апарат у кажанів значно досконаліший, ніж у людини. Вони здатні вловлювати вкрай слабкі звуки, наприклад, звук, відбитий комаром що пролітає . Крім того, кажан дивовижно точно визначає напрямок на об'єкт, який відбив звуковий сигнал. Ультразвукові сигнали, що посилаються кажаном у польоті, мають характер дуже коротких імпульсів - своєрідних клацань. Щомиті миша виробляє близько десяти таких клацань. Реагувати на той чи інший об'єкт вона починає на відстані близько метра. Сонар кажана дозволяє їй відрізнити відлуння від нерухомої перешкоди і відлуння від рухомого об'єкту.
Сонар дельфіна. Як і кажани, дельфіни мають чудовий природний сонар. Ехолокація у дельфінів здійснюється на ультразвукових частотах. Дельфіни використовують головним чином частоти від 80 кГц до 100 кГц. Потужність випромінюваних дельфінами локаційних сигналів може бути дуже великою; відомо, що вони можуть виявляти косяки риби на відстанях до кілометра. Дельфін здатний сприймати дуже слабкі сигнали в найсильнішому шумі. Вух як таких у дельфінів немає; зовнішні слухові отвори майже заросли, проте звуки вони пропускають чудово. Через ці «вхідні ворота» до внутрішнього вуха дельфіна надходять зі всіляких сторін звукові хвилі відносно низьких частот 1к Гц-10 кГц.
https://drive.google.com/file/d/1i7SEGcG_wIdSC6dpi8bxrJysoraBC8Oh/view?usp=sharing
Учитель фізики: Отже, звукова хвиля, поширюючись середовищі, рано чи пізно доходить до межі цього середовища, де починається інше середовище, що складається з інших частинок, у якому і швидкість звуку інша. На такому кордоні відбувається віддзеркалення звукової хвилі. З явищем відображення пов'язано таке поняття, як луна.
https://drive.google.com/open?id=1yHLbBLno80rl_k2OOACG_q9eSQfnOR6A
Далекі предки, незнайомі з таким фізичним явищем, як відлуння, вважали його голосом богів або диявола. Назва «відлуння» пов'язано з ім'ям гірської німфи Луни (Ехо), яка, згідно давньогрецької міфології, була безнадійно закохана в Нарциса. Від туги за коханим Ехо висохла і скам'яніла. Від неї залишився тільки голос, здатний повторювати закінчення виголошених у її присутності слів. Сьогодні будь-який школяр знає, що луна - це акустична або електромагнітна хвиля, відбита від якої-небудь перешкоди і прийнята назад спостерігачем. На основі цих знань люди навчилися використовувати відбиті сигнали для вимірювання відстані - від джерела сигналу до об'єкта, що цей сигнал відбиває .
Повідомлення команди фізиків: Перше практичне застосування луні знайшли індіанці племені майя. Близько 700 року в Чичен-Іца ними була побудована піраміда Кукулкан, вузькі сходи особливої форми якої вкорочують звукові хвилі, накладаючи їх одну на одну. Тому якщо на нижній частині її ступені почати плескати в долоні, то зверху чуються звуки, схожі на удари крил священного птаха майя. Пізніше цей ефект люди часто використовували з різними цілями: для залякування або забави і навіть для приведення віруючих в священний трепет.
Будівельники середньовічних замків нерідко створювали звукові курйози - звукові дзеркала, поміщаючи бюсти або в фокусі увігнутого дзеркала, або у кінця переговорної труби, майстерно прихованої в стіні. Здавалося, що бюсти шепочуть, наспівують.
Чехія. Скелі, розкинуті в формі кола біля Адерсбаха в Чехії, в певному місці триразово повторюють 7 складів.
Англія. У замку Вудсток в Англії відлуння чітко повторює 17 складів.
Італія. Тридцятикратне відлуння палацу Симонетта в Мілані.
Вчитель біології: Тверді тіла добре проводять звукові хвилі, на цьому принципі засноване навчання глухих людей грі на музичних інструментах і танцям. Вібрація корпусу музичного інструмента дозволяє глухим людям розпізнавати музичні такти і навіть ноти. Розповідають, для того, щоб чути звуки фортепіано, глухий Бетховен використовував дерев’яну паличку. Один кінець палички він вставляв під кришку фортепіано, а інший – стискав зубами. За свідченням очевидців, іноді Бетховен приставляв до фортепіано кінець своєї тростини, а до іншого кінця притискав стислі зуби. Звуки від корпусу фортепіано через паличку або палицю передавалися зубам композитора, через них до щелепи, потім кісток черепа. Далі від кісток черепа звукові вібрації передавалися у внутрішнє вухо. Описаний метод дозволяв Бетховену чути звучання фортепіано і деяких інших інструментів.
Вчитель фізики : З давніх-давен було помічено, що швидкість звуку різна в різних середовищах. У казках Іван-дурник прикладав вухо до землі, щоб почути, чи не женеться за ним погоня. Яким же чином можна визначити швидкість звуку?
Повідомлення команди фізиків: У давнину швидкість звуку вимірювали, ставлячи гармату на одній стороні долини, а спостерігач розташовувався на інший її стороні. Спостерігач по годинах відрізняв час, що минув між появою спалаху і моментом, коли був почутий звук. Для того, щоб усунути вплив вітру, з кожного боку було по гарматі і спостерігачеві, і кожна гармата стріляла приблизно в один і той же час. Бралося середнє значення двох вимірів часу.
У повітрі досить точно швидкість звуку вперше була виміряна в 1636 році французом М. Мерсенном. При температурі 20 ° С вона склала 343 м / с.
Якщо прикласти вухо до залізничних рейок, то ми почуємо шум поїзда, що наближається значно раніше. Виходить, метал проводить звук краще і швидше, ніж повітря. Давно помічено гарне поширення звуку і по землі. Перед Куликовською битвою князь Дмитро Донський сам виїхав на розвідку в поле і, приклавши вухо до землі, почув тупіт коней татарських полчищ, що наближалися.
Вода теж добре проводить звук. Вперше швидкість звуку в воді була виміряна на Женевському озері в 1826 році вченими Жаном Колладоном та Шарлем Штурмом. Вона виявилася рівною 1440 м / с. Пірнувши у воду, можна чітко чути, як стукаються один об один камінці, як шумить під час прибою галька. Риби чують кроки і голоси людей на березі, це добре відомо рибалкам.
Треба відзначити, що швидкість звуку в повітрі залежить від атмосферних умов: від зміни тиску, зміни температури. Звуковий бар'єр найлегше подолати на великих висотах, тому, що там нижче температура. На швидкість звуку впливає і вологість повітря. Вночі, коли вологість повітря підвищується, звуки поширюються швидше.
Вчитель фізики : Існують три суб’єктивні оцінки звуку – гучність, висота тону, тембр. Так як звук – механічна хвиля, то до об’єктивних характеристик ми віднесемо вже відомі нам: амплітуду, частоту, довжину хвилі. З’ясуємо, які об’єктивні характеристики відповідають цим оцінкам.
1) Гучність звуку - залежить від квадрату амплітуди коливань в звукової хвилі. Чим більше амплітуда коливань, тим голосніше звук. Гучність залежить також від того, наскільки чутливе наше вухо до даного звуку.
Якісна задача: Великий дощ можна відрізнити від дрібного за звуком, що виникає при ударах крапель. На чому ґрунтується така можливість? (Великі краплі вдаряють з більшою силою і збуджують коливання більшої амплітуди. Тому від них прослуховується гучніший звук).
Одиницею абсолютної шкали гучності є сон. Гучністю в 1 сон має приглушений розмова. Цокання годинника характеризується гучністю 0,1 сон (музика тик-так), гучний вуличний шум - 8 сон. У ковальському цеху гучність досягає 64 сон, а поблизу двигуна реактивного літака 256 сон.
Продовжимо розглядати характеристики звуку.
2)Висота тону - це якість звуку, яке визначається людиною суб'єктивно на слух і залежить від частоти звуку. Чим більше частота, тим вище тон звуку. Чистим тоном називається звук джерела, що здійснює коливання однієї частоти.
Якісна задача: Хто частіше змахує крильцями при польоті: метелик чи комар? (Комар, частота помаху крил у нього більше, ніж у метелика, тому висота звуку вище).
Звуки поділяються на музичні тони і шуми. Музичний тон – звук певної частоти, створюється тілом, яке періодично коливається. Такий характер мають коливання струн, камертонів. Коливання потягів, гілок дерев (і тому подібне) відбуваються через нерівномірні проміжки часу, тому, звуки, які утворюються, являють собою тільки шум.
Всякий реальний звук, будь то голос людини або гра музичного інструменту, - це не просте гармонійне коливання, а своєрідна суміш багатьох гармонійних коливань з певним набором частот. Те з них, яке має найбільш низьку частоту, називають основним тоном, інші - обертонами.
3) Тембр - суб’єктивна оцінка забарвлення звуку, залежить від основної частоти і набору додаткових частот – обертонів: чим більше обертонів містить звук, тим він багатший. Відмінність одного тембру від іншого обумовлена характером наростання амплітуд на початку звучання і їх спадом в кінці.
Учитель біології: Щоб викликати звукове відчуття, хвиля повинна перевищувати поріг чутності (мінімальна інтенсивність звукової хвилі). Для різних людей поріг чутності неоднаковий, з віком він змінюється. При дуже великої інтенсивності хвилі, вона перестає сприйматися вухом як звук і викликає відчуття гнітючої болі (контузія, розрив барабанної перетинки). Ця максимальна інтенсивність називається порогом больового відчуття. На практиці гучність звуку характеризують рівнем звукового тиску, що вимірюється в белах або децибелах. Весь діапазон сприйманих вухом звукових хвиль відповідає гучності від 0 до 130 дБ.
Шум - це гучні звуки різних частот, що злилися в безладне звучання.
Повідомлення команди біологів : Сильний рев поп - рок музики, якому часто піддається молодь, не тільки приголомшує. На концертах рок-груп відбуваються контузії звуком, звукові опіки, втрата слуху, пам'яті. Під час концерту Пола Маккартні у Венеції в 1979 році від реву динаміків звалився дерев'яний міст, під час виступу ансамблю Пінк Флойд в Шотландії почав руйнуватися кам'яний міст. Коли той же ансамбль давав концерт на природі, в прилеглому озері здохла вся риба. А фестиваль панк - груп в Нідерландах тамтешня сейсмічна служба прийняла за землетрус. Що вже говорити про організм людини?
Рівень шуму вимірюється в одиницях, що виражають ступінь звукового тиску, - децибелах. Це тиск сприймається не безмежно. Рівень шуму в 20-30 децибел (дБ) практично нешкідливий для людини, це природний шумовий фон. Що ж стосується гучних звуків, то тут допустима межа становить приблизно 80 децибел. Звук в 130 децибел вже викликає в людини болюче відчуття, а 150 стає для нього нестерпним. Недарма в середні століття існувала страта "під дзвін". Гул дзвона мучив і повільно вбивав засудженого.
Дуже високий рівень у промислових шумів. На багатьох робочих місцях і гучних виробництвах він сягає 90-110 децибелів і більше. Не набагато тихіше й у нас вдома, де з'являються все нові джерела шуму - так звана побутова техніка.
Довгий час вплив шуму на організм людини спеціально не вивчався, хоча вже в давнину знали про його шкоду і, наприклад, в античних містах вводилися правила обмеження шуму.
В даний час учені в багатьох країнах світу ведуть різні дослідження з метою з'ясування впливу шуму на здоров'я людини. Їх дослідження показали, що шум завдає суттєвої шкоди здоров'ю людини, але й абсолютна тиша лякає і пригнічує його. Так, співробітники одного конструкторського бюро, що мало прекрасну звукоізоляцію, уже через тиждень стали скаржитися на неможливість роботи в умовах гнітючої тиші. Вони нервували, втрачали працездатність. І, навпаки, вчені встановили, що звуки певної сили стимулюють процес мислення, особливо процес рахунку.
Кожна людина сприймає шум по-різному. Багато що залежить від віку, темпераменту, стану здоров'я, оточуючих умов. Деякі люди втрачають слух навіть після короткого впливу шуму порівняно зменшеної інтенсивності. Постійний вплив сильного шуму може не тільки негативно вплинути на слух, а й викликати інші шкідливі наслідки - дзвін у вухах, запаморочення, головний біль, підвищення втоми. Шум має акумулятивний ефект, тобто акустичні подразнення, накопичуючись в організмі, все сильніше пригнічують нервову систему. Тому перед втратою слуху від впливу шумів виникає функціональний розлад центральної нервової системи. Особливо шкідливий вплив шум надає нервово-психічній діяльності організму. Процес нервово-психічних захворювань вище серед осіб, що працюють в шумних умовах, ніж в осіб, що працюють при нормальних звукових умовах.
Шуми викликають функціональні порушення при роботі серцево-судинної системи; мають шкідливий вплив на зоровий і вестибулярний аналізатори, знижують рефлекторну діяльність, що часто стає причиною нещасних випадків і травм.
Учитель фізики : Згадаємо експеримент з 2 камертонами, що мають однакові власні частоти і розташовані один біля одного. Один з камертонів наведемо в коливання. Потім доторкнувшись рукою, заглушимо його. Однак в цей ж час почуємо неголосне звучання другого камертона. А так як цей камертон ніхто не порушував, приходимо до висновку, що він був збуджений коливаннями повітря, що дійшли до нього від першого камертона. Це явище називається акустичним резонансом. Резонанс - явище різкого зростання амплітуди вимушених коливань, при збігу частоти зовнішньої сили з власною частотою. Камертон зазвичай розташовують на дерев'яному ящику, причому підібраному так, щоб його власна частота дорівнювала частоті звуку, що створюється камертоном. Завдяки резонансу стінки ящика теж починають коливатися з частотою камертона. Ящик так і називається резонатором.
Учитель біології: Іноді інфразвук може бути небезпечний для людини. Частота роботи серця і гладкої мускулатури внутрішніх органів близька до 7 Гц. Альфа-режим роботи мозку - 4-6 Гц. Бета-режим - 20-30 Гц. При збігу або наближенні частоти звукового коливання до частоти біоритмів того чи іншого органу виникає явище посилення або пригнічення коливань. При частоті від 16 до 7 Гц наш організм починає резонувати. Органи починають працювати в незвичному для них ритмі, що може привести до розвитку патології, як цих органів, так і всього організму в цілому, а іноді і припинення роботи деяких органів. Люди впадають в паніку, відчувають головний біль, втрачають розум, втрачається зір, в танок пускаються шлунок, легені. А при частоті 7 Гц танцює серце, і можуть руйнуватися кровоносні судини.
Учитель фізики : Та чи завжди шкідливий резонанс? У радіотехніці, телебаченні, в музичних інструментах резонанс відіграє важливу роль. Явище резонансу використовуються для підсилення звуку. Тому камертон закріплюють на спеціальних резонаторних ящиках з відкритою бічною стороною. У музичних інструментах як резонатори використовуються як інструменту, так і всілякі отвори в ньому. Корпус резонують з коливаннями струн. Отже, корпус інструменту представляє собою резонатор. Звук скрипки, гітари, домбри, кобзи підсилює не тільки сам корпус, але і повітря всередині інструменту. Тому і форми отвору в корпусі підбираються не випадково. А якісне звучання музичного інструмента буде залежати від мистецтва майстра, який виготовив його.
Наприкінці XVIII століття з'явилося досить багато праць учених (музикантів, математиків), які досліджували природу і властивості звукових хвиль. Багато досліджень стосувалися математичної сторони акустики, розглядаючи коливання звуку (Г. Галілей), швидкість руху звуку (М. Мерсенн), принципи руху хвиль (X. Гюйгенс), механічні коливання звуку (І. Ньютон) і т. д.
У зв'язку з чим цікаві роботи Хладні Ернста Флоренс Фрідріха, який вивчав вплив звукових хвиль на всіх можливих видах тіл, що звучать. Увагу вчених (і надалі суспільства) привернули роботи з дослідження фігур, що утворюються з піску під впливом звукових хвиль на коливних пластинках. Під час експерименту невелику кількість піску насипали на тонку металеву пластину. Потім Хладні проводив смичком по краю пластини, що створювало певні вібрації (коливання), тобто відбувалося поширення звукової хвилі. Пісок, що спочатку хаотично лежав, починав самостійно переміщатися по пластині, тим самим утворюючи від простих фігур до самих хитромудрих геометричних візерунків. Вид фігур суттєво змінювався в залежності від форми і місця кріплення пластини, а також від швидкості, сили і місця дотику смичком або пальцем (для затримки коливань і утворення вузла). Так, наприклад, при низьких вібраціях на квадратних пластинах спостерігаються найбільш прості фігури (хрест, квадрат, коло тощо). У той час як на круглих - різні зіркоподібні фігури. Геометричні візерунки, що утворюються під впливом звуку на піску, були названі фігурами Хладні.
6) Первинне осмислення і використання вивченого матеріалу
Методичний прийом «Вірно – невірно»
- Якщо б на Місяці стався сильний вибух під час виверження вулкана, ми б почули його на Землі? (Ні)
- У залі, заповненому публікою, музика звучить краще, ніж в порожнечі. (Так)
- Людина чує інфра і ультразвуки? (Ні)
- Гучність звуку визначається амплітудою звукової хвилі. (Так)
- Гучність звуку, при якій людське вухо починає відчувати хворобливий стан, називається больовим порогом. (Так)
- Висота звуку залежить від амплітуди коливань. (Ні)
- У спільному звучанні основний тон і обертони створюють тембр звуку. (Так)
- Тембр звуку визначається амплітудою звукової хвилі. (Ні)
- Частота коливань голосових зв'язок людини, що співає басом, менше, ніж що співає тенором. (Так)
- Кобра танцює під звуки флейти. (Ні. Кобра не здатна чути музику. Коли з корзини, де знаходиться змія, знімають кришку, кобра підводиться, готуючись до захисту, а потім слідкує за рухами дудочки, готуючись до атаки.)
7) Завдання для самоперевірки та контролю засвоєння знань:
https://drive.google.com/open?id=1F7LkQAeUeRQGZWnVw3Nm-Trsmd4MokHQgynfLCq8ZSo
1)Джерелом механічних хвиль є тіло, яке:
а)Коливається б)Рухається рівномірно в)Перебуває у спокої
2) Ультразвук створюють тіла, що коливаються з частотою:
а)Менше 20 Гц б)20 - 20000 Гц в)Більше 20000Гц
3) Швидкість звуку за нормальних умов у повітрі становить:
а)1330-13340 м/с б)330-340 м/с в)530-540м/с
4) Що таке луна?
а) Звук під час грози б)Підсилений звук в)Звук, відбитий від перешкоди
5)У якому середовищі звук поширюється повільніше?
а)у повітрі б)у воді в) вакуумі г) у склі
6) Висота тону звуку залежить від:
а)Енергії, яку має коливна система б)Частоти коливань
в)Амплітуди коливань г)Наявності обертонів
7) Кажани навіть у повній темряві не натрапляють на перешкоди, тому що вони:
а)Мають гострий зір б)Мають гарний нюх
в)Мають гарний слух г) Використовують ехолокацію
8) Звук, що створює муха і комар під час польоту є різним, тому що:
а)Вони літають на різних висотах б)Вони махають крильцями з різними частотами
в) Їх швидкість руху різна г) Частоти змахів їхніх крилець однакові, але періоди різні
9) Під час грози людина побачила спалах блискавки, а через 10 секунд почула грім. Як далеко від неї стався розряд?
а)340 м б)3400 м в)34000м г)34 м
10) Звук відбився від скелі і повернувся до людини через 4 с. Яка відстань до скелі?
а)170 м б)340 м в)680 м г)1360 м
11) Після проходження катера, на поверхні води в озері утворилась хвиля, довжина якої 2,5 м, а швидкість 5 м/с. Чому дорівнює частота та період коливань частинок у цій хвилі?
а) 2 Гц, 0,5 с б)0,5 Гц, 2 с в)0,5 Гц, 0,5 с г)2 Гц, 2 с
8) Підбиття підсумків уроку
Учитель біології: Завершити урок мені хочеться такими словами: найчарівніша музика у світі – це голос доброго людського серця. Я бажаю, щоб у вашому житті зустрічалися лише добрі та співчутливі люди.
9) Домашнє завдання.
Учитель фізики : Думаю, що сьогодні ви дізнались багато нового й цікавого, тому домашні завдання, які ми підготували, не залишать нікого байдужими! Розгорніть щоденники та запишіть домашнє завдання: з фізики - §18 вашого підручника, виконати експериментальні завдання «Майже Піфагор», «Музична лінійка», «Чуттєва кулька» (стор. 123 підручника «Фізика 9»), переглянути відео:
https://www.youtube.com/watch?v=Q3oItpVa9fs
з біології – підготувати проекти «Вплив шуму на здоров’я людини», «Як зменшити шкідливий вплив шуму на організм людини», «Використання ультразвуку в медицині»
1
-
Дякую! Дуже цікава задумка інтеграції фізики та біології!
про публікацію авторської розробки
Додати розробку