Методична розробка уроку з фізики на тему: «Поширення механічних коливань у пружному середовищі. Звукові хвилі»

 

 

 

 

 

Методична розробка уроку  з фізики на тему:

«Поширення механічних коливань у пружному середовищі. Звукові хвилі»

 

 

 

 

 

 

Тема уроку: Поширення механічних коливань у пружному середовищі. Звукові хвилі.

Мета уроку:

Навчальна: ознайомити учнів з процесом поширення механічних коливань у пружному середовищі – хвилями,  видами хвиль,  їх основними характеристиками; звуком як видом механічних хвиль.

Розвиваюча: розвивати образне, логічне, фізичне мислення, творчі здібності, пам’ять, увагу, уяву.

Виховна: виховувати спостережливість, зосередженість, дисциплінованість, формувати науковий світогляд та інтерес до вивчення фізики.

Методична мета: використання сучасних освітніх технологій з метою активізації пізнавальної діяльності учнів на уроках фізики.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу (урок-подорож)

Обладнання: пружинка «Веселка», камертон, лінійка, гумовий молоток, кулька на нитці, штатив, мультимедійна презентація, фрагменти мультфільмів, відео дослідів, ноутбук, проектор.

План уроку.

І. Організаційний момент.

ІІ. Мотивація навчальної діяльності учнів.

ІІІ.  Актуалізація попередніх знань.

• Вправа «Вхідний квиток»

ІV. Подача нового матеріалу.

• Поширення коливань в пружному середовищі
• Види хвиль
• Основні характеристики хвиль
• Звук як один з видів механічних хвиль
• Характеристики звукових хвиль
• Види звукових хвиль.
• Хвилина відпочинку

V. Закріплення вивченого матеріалу.

• Розв’язування задач
• Вправа «Вірю - не вірю»
• Перегляд відеозапитань

VІ. Підсумок уроку.

VІІ. Домашнє завдання.

Хід уроку.

І. Організаційний момент.

ІІ. Мотивація навчальної діяльності учнів.

Ми живемо поряд з природою. Природні явища що нас оточують дуже різноманітні (шторм, грім, блискавка, шелест листя, щебет солов’я, звук бандури). Людина навчилася не тільки спостерігати, а й пояснювати ці явища.

Що ж об’єднує всі ці явища? На це ми запитання ви дасте відповідь в кінці уроку після того як ми вивчимо тему сьогоднішнього уроку.

Оголошення теми та мети уроку.

Я запрошую вас здійснити подорож з славетним Джеком Горобцем. (Відео)

Отже ми вирушаємо на пошуки ключа, що відкриє скриню.

  Щоб група потрапила на «Чорну Перлину» ви повинні дати відповідь на поставлені запитання,  таким чином отримаєте вхідний квиток.

ІІІ.  Актуалізація попередніх знань.

• Вправа «Вхідний квиток»

1. Що таке механічні коливання?

2. Що таке  амплітуда?

3. Що таке  період?

4. Що таке  частота?

5.Запишіть рівняння гармонічних коливань.

6. Що являє собою математичний маятник?

7. Від чого залежить період математичного маятника?

ІV. Подача нового матеріалу.

  Отже, ви гарно впорались з поставленою задачею. То ж швиденько всі на корабель ми відпливаємо.

• Поширення коливань в пружному середовищі

На попередніх уроках ми з вами вивчили механічні коливання. Ознайомилися з природою їх виникнення, величинами, тобто параметрами, які їх характеризують та з рівнянням, за допомогою якого можна описати коливання. Сьогодні ж ми ознайомимося з процесом поширення механічних коливань в пружному середовищі, тобто в речовині.

Поширення коливань у пружному середовищі називають хвилею. (Приклади хвиль)

Поширення хвиль не супроводжується перенесенням частинок середовища, - вони лише коливаються навколо положення рівноваги.

З хвилею переноситься енергія, яка поширюється у просторі від джерела коливань.

• Види хвиль

    Залежно від напряму коливань частинок щодо напряму поширення хвилі розрізняють поперечні та поздовжні хвилі.

Поперечними хвилями називаються хвилі, в яких коливання частинок середовища відбуваються перпендикулярно до напрямку поширення хвилі.

Поздовжніми називаються хвилі, в яких коливання частинок середовища відбуваються вздовж напрямку поширення хвилі.

Дослід 1. Коливання дитячої іграшки-пружини «Веселки», яка демонструє повздовжні хвилі.

• Основні характеристики хвиль

Хвилі подібно до коливань характеризуються параметрами.

Вищі точки хвильового руху називають гребенями, а нижні – западинами.

Амплітуда А – максимальна висота гребеня чи глибина западини, виміряна відносно положення рівноваги). Повний розмах коливань від гребеня до западини дорівнює подвійній амплітуді.

Відстань між двома сусідніми гребенями – довжина хвилі λ. Довжина хвилі дорівнює відстані між будь-якими двома послідовними однаковими за висотою точками хвилі (або відстані між найближчими точками, які коливаються в однокових фазах).

 

 

 

  

   

Частота хвилі ν – це кількість гребенів хвилі, які проходять через дану точку за одиницю часу (або кількість повних коливань).

Швидкість хвилі υ – це швидкість, з якою переміщається гребінь хвилі.

 

 

• Вправа «Тривожний дзвінок» (Учням пропонується розшифрувати фразу, яка закодована  цифрами. Зашифрована фраза - «закінчилась вода»).

 Тож ми терміново з командою висаджуємося на берег.(Відео)

• Звук як один з видів механічних хвиль

Давайте розглянемо один з видів хвиль детальніше.

 Дослід 2.  Дослід з лінійкою, з камертоном, від якого відскакує кулька.

Коли ми почули звук від лінійки? (Коли та почала коливатися)  

Чому кулька відскакує від камертона (Бо ніжки камертона коливаються і це коливання передається кульці)

Таким чином, поставлені нами досліди дозволяють зробити висновок, що джерелами звуків є тіла, що коливаються. А отже звук є теж хвиля.

Джерела звуку є природні і штучні. Природні (голос, шелест листя, шум прибою та інше). Штучні (камертон, струна, дзвін, мембрана телефону)

Відеодослід . 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.

 У різних середовищах звукові хвилі рухаються з різною швидкістю, що і називають швидкістю звуку в даному середовищі.

Наприклад, швидкість звуку в повітрі 340 м/с, а у воді — 1500 м/с, у склі — 4500 м/с. Це пов’язане з тим, що агрегатний стан, густина, температура, молекулярна будова різних речовин є різною. З ростом температури швидкість звуку зростає.

Речовина	Швидкість звуку, м/с
Повітря  (при 00C)	331
Гелій	1005
Водень	1300
Вода	1440
Морска вода	1560
Важка деревина	4000
Скло	4500
Залізо і сталь	5000
Алюміній	5100

        Найважливішим для нас приймачем звуку є, звичайно, вухо. 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.

       Звукова хвиля, досягаючи деякого тіла,— це може бути стіна будівлі, дерево, гора, хмара,— відбивається за таким самим законом, як і світлова хвиля (кут відбивання дорівнює куту падіння).

      Якщо відбиваюча поверхня досить віддалена, то людина чує не лише звук від його джерела, але й відбитий через деякий час звук, який називається луною. 

Луна – це  фізичне   явище, яке полягає у можливості почути один і той самий  звук   декілька разів, з регулярним інтервалом.

     На властивості звуку відбиватися від поверхонь заснована дія рупора. Він застосовується на мітингах, змаганнях, для посилення потужності звуку і поширення на великі відстані. При використанні рупора звукові хвилі не розсіюються на всі боки, а утворюють вузько напрямлений пучок, унаслідок чого збільшується потужність і передача на великі відстані 

•  Характеристики звукових хвиль

  Чим же відрізняються звуки один від одного? Для характеристики звуків вводять наступні три поняття: гучність, висота тону, тембр.

Гучність. Гучність звуку залежить від амплітуди коли­вань.. Про звуки різної гуч­ності кажуть, що один гучніший від другого не в стільки разів, а на стільки одиниць. Одиницею гучності є бел (Б) (на честь ученого Грехема Белла, винахідника телефону). Частіше використовують одиницю, яка в 10 разів більша. Це децибел (дБ). Наприклад, гучність звуку шелестіння листя оці­нюється в 10 дБ, шепотіння – 20 дБ, вуличного шуму – 70 дБ. Шум гучністю 130 дБ відчувається шкірою і спричиняє відчуття болю. Про гучність вуличного шуму можна, наприклад, сказати, що вона на 60 дБ більша від гучності шелестіння листя.

 Шкала гучності

У зимовому лісі	10-15 Дб
У читальному залі бібліотеки	15 Дб
Шепіт листя	20 Дб
Вуличний шум	70 Дб
Звучання рок-групи	115-120 Дб
Болить шкіра при	130 Дб
У кількох метрах від працюючого реактивного двигуна	140 Дб

Висота тону. Висота тону визначається часто­тою коливань. Кожен із вас чув, як летить комар. Звук поширюється від того, що коливаються його крильця. Давайте спробуємо швиденько рухати ру­ками. Чому ми не чуємо звуку? Справа в тому, що людське вухо сприймає як звук лише ті коливання, частота яких лежить у межах від 16–20 Гц до 16 000–20 000 Гц (Гц = 1/с).

Тембр. Отримати чистий звук зі строго визначеною частотою коливань, навіть за повної відсутності сторонніх шумів, дуже важко, і ось чому. Будь-яке коливне тіло, створює не лише один основний звук. Його постійно супроводжують звуки інших час­тот. Однак не варто засмучуватися від наявності цих «супутників». Власне вони і дозволяють нам відрізняти звук одного інструмента від іншого і голоси різних людей, якщо вони навіть однакові за висотами. Кожному звуку ці «супутники» надають своєрідного забарвлення або, як кажуть, тембру. І якщо основний звук супроводжується близькими йому по висоті, то сам звук здається нам м’яким, «оксамитовим». Коли ж значно вищі основного тону, ми говоримо про неприємний «металічний» голос чи звук.

• Вправа «Пізнайте»  (Учням пропонується пізнати голос  класного керівника, заступника директора та викладача фізики).

• Види звукових хвиль.

В залежності від частоти коливань звукової хвилі, звук поділяють на 3 види:

інфразвук, чутний звук та ультразвук.

    Дія інфразвуку на людину вельми своєрідна. Відомий такий цікавий випадок.  Одного дня режисер лондонського театру «Лайрік» ставив п'єсу, дія якої переносилася з сучасності в глибоке минуле. Для створення відчуття таємничості під час спектаклю режисер звернувся за допомогою до відомого у той час фізика Роберта Вуду. Для створення своєрідного настрою в залі учений виготовив незвичайний музичний інструмент, але, розраховуючи його розміри, допустив помилку. Звуку цей інструмент не видавав зовсім, але кришталеві підвіски на канделябрах театру затремтіли, всі присутні відчули безпричинний страх, і біля театру на вулиці почалася паніка. Інфразвук такої частоти  взагалі небезпечні для людини.  Подібними коливаннями деякі навіть пояснюють таємничі події в океані, наприклад в Бермудському трикутнику, коли з кораблів зникають люди.  Вітер, відбиваючись від довгих хвиль в океані, може породити інфразвук, що згубно діє на психіку людей. Згідно з цією гіпотезою, люди на кораблях впадають в паніку і самі викидаються за борт.

     Інфразвуки містяться в шумі атмосфери, лісу і моря. Джерелом інфразвуку є грім, гарматні постріли, потік автотранспорту. Інфразвук сприймають медузи і ракоподібні.  Медуза  має «сигналізатор шторму» - прилад, що сприймає інфразвуки, які утворюються хвилями. Так як інфразвуки поширюються швидше від звичайних звукових коливань, то медуза знає заздалегідь, що буде буря і намагається подалі відплести від берега.

Ультразвуком називаються звукові хвилі надвисокої частоти, за допомогою яких можна отримувати зображення внутрішніх органів людського тіла. Зображення, отримані, за допомогою ультразвуку,  допомагають лікарям виявляти пухлини і тромби кровоносних судин. За допомогою ультразвуку перевіряють також правильність положення плоду в тілі матері. У 1912 році вперше комфортабельне судно "Титанік" вийшло в рейс США- Європа. Вночі воно попало на підводний айсберг і затонуло. Вченим дали завдання сконструювати пристрій для знаходження рифів, невидимої частини айсберга: так сконструювали гідролокатор. Ехолот знаходить косяки риб, вимірює глибину морів, океанів, гір на дні моря.

     Ультразвуковий діапазон хвиль примітний тим, що людське вухо не здатне його сприймати. На організм людини більшість цих частот жодної шкідливої дії не спричиняють. З іншого боку, комахи і практично всі види тварин здатні розрізняти ці звуки і, в переважній більшості, вони їх бояться.  Діти чують цвіркання і писк більшості видів кажанів, а ті, хто старше 20 років - лише небагато.

• Хвилина відпочинку

Приказка «німий мов риба» виявилася спростованою. Риби неймовірно балакучі. Звуки деяких риб нагадують свистки футбольних суддів, інших – стрільбу з гвинтівки чи пістолету, а дехто галасує, немов мотоцикл, чи видає хлопки.

Найгучніша в світі тварина - блакитний кит. Він може видавати звуки в 188 дБ, які чутні на відстані до 8500 км. від кита. І одна лише акула завжди мовчить.

 «Жди поки рак свисне» - неможливість чогось дочекатися.

З розвитком науки про механічні хвилі ця приказка втратила свій сенс, адже раки “говорять”. Однак вони видають звуки в діапазоні нечутному для людського вуха.

Цікавий факт. Як пищать курчата? Як в інкубаторі відокремити  півників від курчат? Частота курочки – 5200 Гц , а півника – 4800Гц. Електроніка допомагає відділити одних від інших.

 А чи знаєте Ви, що секундний звук здатний змінити ваш настрій на цілий день? Щоб скористатися цією чудовою властивістю звуків, потрібно знати самі чарівливі з них. Пропоную вашій увазі рейтинг найбільш приємних для людського вуха звуків:

№ 10. Стук краплин дощу по даху одномісного намету. Тривалість: Довго

№ 9. Хрускіт снігу. Тривалість: Звичайно менше хвилини 

№ 8. Прибій. Тривалість: Нескінченно 

№ 7. Потріскування полін у вогнищі. Тривалість: Декілька годин 

№ 6. Дзюрчання струмка. Тривалість: Нескінченно 

№ 5. Сміх. Тривалість: Декілька секунд  

№ 4. Дощ наповнює корито. Тривалість: Декілька годин  

№ 3. Котяче муркотання. Тривалість: Кілька хвилини.  

№ 2. Спів пташок уранці. Тривалість: 10 хвилин

№ 1. Булькання життєдайної вологи, яка ллється з наповненого скляного сосуду. Тривалість: 5 секунд

Учень 1 .  Здавна відомий благодійний вплив на організм людини шумів природного середовища (шум листя, дощу, річки та ін.). Статистика свідчить, що люди, які працюють у лісі, поблизу річки, на морі, рідше, ніж мешканці міст, хворіють на нервові і серцево-судинні хвороби. Доведено, що шелест листя, спів птахів, дзюрчання струмка, звуки дощу оздоровче впливають на нервову систему. Під впливом звукових хвиль-водоспаду посилюється робота м'язів. Позитивний вплив гармонійної спокійної музики був відомий з давніх-давен. Це й поширені в усьому світі колисанки — тихі, ніжні монотонні наспіви, і зцілювання нервових хвороб заспокійливим дзюркотінням струмкової води, лагідним шумом морських хвиль або пташиним співом.

 Учень 2.  Давно відома також негативна дія звуку. Одним із се­редньовічних покарань було жорстоке вбивство жертви звуками від ударів потужного дзвона: приречений по­мирав у страшних муках від нестерпного болю у вухах. Шум шкідливий не лише для людини. Встановлено, що рослини під впливом шуму повільніше ростуть, у них спостерігається надмірне (навіть повне, що призводить до загибелі) виділення вологи через листя, можливі по­рушення клітин. Гинуть листя і квіти рослин, що розміщені біля гучномовця. Аналогічно діє шум на тварин. Від шуму реактивного літака гинуть личинки бджіл, самі ж вони-втрачають здатність орієнтуватися в просторі, в пташиних гніздах дає тріщини шкаралупа яєць. Від шуму знижуються надої, приріст у вазі свиней, несучість курей. Хворобливо переносять шум риби, особливо у період нересту.

 Як звучить камінь. В Сербії одне з місць поблизу Куршумлії довгий час вважалося диявольським. Кам'яні фігури, створені старанням вітру і вологи, ночами видавали різні звуки, лякаючи забобонних людей, для яких ці звуки були не чим іншим, як диявольськими підступами. А  у Єгипті звучать вранці, при сході сонця, колони - залишки древнього храму Карнакського. Колони складені з дуже пористого каменя. Вдень у нагрітому гарячим сонцем каменю пори дещо збільшуються в розмірах і повітря проходить через них без затримки, і колони мовчать. Вранішня прохолода створює умови, при яких рух повітря в порах супроводжується звуком, що нагадує стогін.

V. Закріплення вивченого матеріалу.

• Розв’язування задач

Задача 1 На якій відстані від туриста вдарила блискавка, якщо від моменту спалаху блискавки і грому пройшло 8 секунд?

Дано t=8 с v=330м/с

Розв’язання Запишемо формулу для знаходження відстані                                                               Відповідь: блискавка вдарила на відстані 2640 м.

Задача 2 Човен гойдається на хвилі з частотою 0,5 Гц. Чому дорівнює швидкість цієї хвилі, якщо відстань між сусідніми гребенями 3 м?

Дано ν=0,5 Гц λ=3м

Розв’язання Запишемо формулу для знаходження швидкості:                                                                  . Відповідь: швидкість хвилі дорівнює 1,5 м/с.

• Вправа «Вірю - не вірю»

Чи вірите ви: 

 1.Якщо на Місяці стався сильний вибух при виверженні вулкана. Ми чули його на Землі.                                                                                            (Ні)

2. Комар махає крилами швидше за джмеля.                             (Так)

3. Джерелом звуку,  є тіло, що коливається.                               (Так)   

4. Висота звуку  залежить від амплітуди коливань.                    (Ні)

5. Астронавти на Місяці співали пісні, скинувши скафандри.         (Ні)

6. Частота коливань голосових зв'язок людини, що співає басом менше, ніж що співає тенором.                                                                                  (Так)

7. Снаряд, випущений із пушки, випередив звук пострілу.                      (Так)

8. У залі, заповненому публікою, музика звучить краще, ніж в порожнечі.  (Так)

9. Кобра танцює під звуки флейти.                                                           (Ні)

10. Луну можна почути у степу.                                                               (Ні)

• Перегляд відеозапитань

VІ. Підсумок уроку.

От і закінчилась наша подорож. Ви скажете,  що за ключ ми тримали в руках який скарб одержали ? (Відео) Знання – це скарб, а навчання – це ключ до нього.

Що спільного між всіма тими явищами що ми побачили на початку уроку? (Це все хвилі звукові, механічні, світлові.)

    Якщо уважно придивитись до навколишнього світу, можна помітити, що весь він пронизаний хвилями. Хвилі живуть усюди, куди не поглянь оком. Вони живуть своїм непомітним життям і роблять свою роботу. Досить  придивитись хоча б до себе: всі жилки у тілі вібрують, хвилями пересувається кров по артеріям, електричні імпульси розповсюджуються по нервам. Імпульси (пакети хвиль) йдуть від очей до мозку, світлові хвилі поступають в наші очі, а звукові – до вух, гортань видає звуки, що є хвилями.

   Закінчити урок мені хочеться ось такими словами. У  Миколи Реріха є картина, названа ним “Людські прабатьки”. Юний пастушок грає на сопілці, і з усіх боків сходяться до нього великі бурі ведмеді. Що вабить їх? Музика? Легенда говорить, що предками деяких слов'янських племен були ведмеді. Думається, йдуть вони почути найчарівнішу музику у світі – голос доброго людського серця.

VІІ. Домашнє завдання.