Урок "Механічні коливання та хвилі. Класифікація хвиль."

Тема: Механічні коливання та хвилі. Класифікація хвиль. Звук. Залежність звуку від середовища і температури. Ультразвуковий метод діагностики людських органів. Рентген. Мікрохвильова піч.

Мета: продовжити формувати в учнів поняття про механічний рух, сформувати уявлення про коливання, ознайомити із видами хвиль, визначити залежність швидкості проходження звуку в різних середовища, актуалізувати знання про будову вуха та процес утворення голосу, виховувати любов до мистецтва на прикладі прослуховування класичної музики, виховувати гуманне ставлення до вивчення наук природничого змісту.

Тип уроку: вивчення нового матеріалу

Методи навчання: словесні (бесіда, розповідь), наочні (робота з презентацією, перегляд відео-фрагментів), практичні (робота з підручником, робота в групах).

Інтераткивні методи і прийоми: метод «Кубування», прийом «Релакс-хвилинка», прийом «Проблемне запитання».

Обладнання: ТЗН, підручники, презентація до уроку, відео-фрагмент «Героїчна симфонія», відео-фрагмент «Будова вуха».

Здоров’язбережувальні технології: фізкультхвилинка.

Міжпредметні зв’язки: українська мова, музичне мистецтво.

Список використаних джерел:

1. Коршак Є.В., Фізика 11 клас. підручн. для загальноосвіт. навч. закл. : рівень стандарту / Є.В.Коршак, О.І.Ляшенко, В.Ф.Савченко. – К. : Генеза, 2011. – 256с.
2. Коливання. [Електронний ресурс] / Режим доступу : https://fizmat.7mile.net/kolivannya-i-hvili-.-osnovi-akustiki/kolyvannia-i-khvyli.html
3. Коливання й хвилі. [Електронний ресурс] / Режим доступу : http://zalik.org.ua/index.php?newsid=39542
4. Бетховен, Людвіг Ван. [Електронний ресурс] / Режим доступу : https://lib.oa.edu.ua/funds/music/romantyzm/ludwig-van-beethoven
5. Коливання і хвилі. [Електронний ресурс] / Режим доступу : https://fizmat.7mile.net/kolivannya-i-hvili-.-osnovi-akustiki/kolyvannia-i-khvyli.html
6. Мікрохвильова піч. [Електронний ресурс] / Режим доступу : http://15mscience.org.html

ПЕРЕБІГ УРОКУ

І.Організаційний етап. (слайд 1)

Привітання з учнями, перевірка готовності до уроку.  Налаштування на гарний настрій.

ІІ. Актуалізація опорних знань. (слайд 2)

Метод «Кубування»

Запитання для обговорення

1. Що таке механічний рух?
2. Види механічного руху.
3. Що таке період? Де це поняття застосовують у фізиці?
4. В чому полягає природа світла?
5. Назвіть вченого, який відкрив рентгенівські промені.
6. Наведіть приклади коливань в природі.

ІІІ. Мотивація навчальної діяльності.(слайд 3)

Великий австрійський композитор Людвіг ван Бетховен практично повністю  втратив слух до 30 років життя. Саме з цього часу композитор створив свої найвідоміші твори. У 1803-1804 роках Бетховеном була написана Героїчна симфонія, в 1803-1805 роках - опера "Фіделіо".

Перегляд відео-фрагменту «Героїчна симфонія»

Режим доступу: https://www.youtube.com/watch?v=NHNR4EoKbXY

Проблемне запитання: Симфонія дійсно неперевершена, але ж згадуючи один нюанс, що композитор був глухий, нам важко повірити в те, що можна було створити такий шедевр. Цікаво, як же все таки йому вдалось написати цей твір? На це запитання ми з вами спробуємо дати відповідь наприкінці нашого уроку.

ІV. Повідомлення теми і мети уроку.

Сьогодні ми з вами ознайомимось із поняттям «коливання», «хвилі» та визначимо де люди використовують коливання у своєму житті.

V. Вивчення нового матеріалу.(слайд 4-7)

Розповідь вчителя з елементами бесіди

Коливання – один з найпоширеніших процесів у природі і техніці. Коливаються висотні будинки і високовольтні дроти під дією вітру, маятник заведеного годинника і автомобіль на ресорах під час руху, рівень ріки протягом року і температура людського тіла при хворобі.

Звук – це коливання густини і тиску повітря, радіохвилі – періодичні зміни напруженостей електричного і магнітного полів, видиме світло – теж електромагнітні коливання, тільки з трохи іншими довжиною хвилі і частотою. Землетруси – коливання ґрунту, припливи і відливи – зміна рівня морів і океанів, викликувана притяганням Місяця тощо.

Коливання бувають механічні, електромагнітні, хімічні, термодинамічні і різні інші. Незважаючи на таку розмаїтість, усі вони мають між собою багато загального і тому описуються тими самими диференціальними рівняннями. 

Будь-які коливання характеризуються амплітудою – найбільшим відхиленням деякої величини від свого нульового значення, періодом (T) або частотою (v). Останні дві величини пов’язані між собою обернено пропорційною залежністю: T = 1/v. Частота коливань виражається в Герцах (Гц). 1 Гц – це одне коливання в секунду. Приблизно з такою частотою б’ється людське серце.

Залежно від напрямку коливань окремих частинок у хвилі розрізняють:

-  поперечні хвилі – це хвилі, в яких частинки коливаються перпендикулярно до напрямку променя;

-  поздовжні хвилі, у яких частинки коливаються у напрямку поширення хвилі.

У поперечній хвилі тіло (середовище) зазнає деформацій зсуву і розміщення частинок набуває вигляду синусоїди (див. рис. 1).

Рис.1

Такі хвилі можуть виникати лише в твердих тілах, оскільки лише в них можуть виникати сили пружності при деформаціях зсуву. Поширення поздовжньої хвилі супроводжується утворенням згущень та розріджень частинок, тобто відбуваються деформації стиску та розтягу. Такі деформації характерні для будь-яких тіл, тому поздовжні хвилі можуть виникати в будь-яких тілах.

Запитання: Які ж бувають коливання? Чим коливання характеризуються?

Механічні коливання — це періодичні повторення переміщень матеріальної точки, за яких вона рухається по якій-небудь траєкторії почергово у двох протилежних напрямах відносно положення стійкої рівноваги.

Завдання: Оформити у своїх зошитах таблицю

 «Характеристики коливального руху» (Слайд 8)

Демонстрація № 1 «Математичний маятник»

Завдання: Охарактеризуйте рух кульки підвішеної на нитці. Чи можна розглядати кульку як матеріальне тіло? (так тому що її розміри в порівнянні з розмірами нитки менші)

Запитання: Від чого залежить період коливання математичного маятника? (від прискорення вільного падіння в даному місці Землі і від довжини маятника)

Демонстрація №2 «Пружинний маятник»

Запитання: Яка сила діє на тіло, під час того як ви вивели його із рівноваги?(сила пружності)

Запитання: Отже, ми з вами з’ясували, що коливання це специфічні рухи, в результаті чого спостерігається певна повторюваність в часі. Як ви вважаєте, що є наслідком коливань? (Хвилі)

Доповідь учня «Хвилі. Їх природа»

Джерелами хвиль є коливні тіла. Якщо таке тіло перебуває в якому-небудь середовищі, коливання передаються прилеглим частинкам речовини. А оскільки частинки речовини взаємодіють одна з одною, коливні частинки передають коливання своїм «сусідам». У результаті коливання починають поширюватися в просторі. Так і виникають хвилі. Хвилею називають процес поширення коливань із часом.

Утворення хвилі того або іншого виду пояснюється наявністю силових зв’язків між частинками, що беруть участь у коливаннях. Будь-яка хвиля переносить енергію, адже хвиля — це коливання, що поширюються в просторі, а будь-які коливання, як ми знаємо, мають енергію. Механічна хвиля переносить енергію, але не переносить речовину.

Доповідь учня «Основні характеристики хвиль»

Як приклад розглянемо хвилю, що біжить по шнуру, коли один його кінець здійснює коливання під дією зовнішньої сили. Якщо спостерігати за будь-якою точкою шнура, ми помітимо, що кожна точка здійснює коливання з тим же періодом.

•   Проміжок часу Т, протягом якого відбувається одне повне коливання, називають періодом коливань. Повне коливання відбувається за час, коли тіло з одного крайнього положення повертається в це саме крайнє положення.
•   Частотою коливань v називають фізичну величину, що дорівнює числу коливань за одиницю часу.
•   Модуль найбільшого відхилення частинок від положення рівноваги називається амплітудою хвилі.
•   Період хвилі і її частота пов’язані співвідношенням:

•   Одиницю частоти коливань називають герц (Гц): 1 Гц = 1/c.
•   Відстань між найближчими точками хвилі, які рухаються однаково, називається довжиною хвилі й позначається λ.

Релакс-хвилинка

Прослуховування аудізапису «Звуки природи»

Запитання: Що ви тільки що прослуховували? Як це можна назвати одним словом?

Орієнтована відповідь: Звук

Завдання: Згадайте із української мови відмінки та провідмінюйте слово звук:

Отже, що ж таке звук? Давайте розглянемо це питання з точки зору біології, фізики та музичного мистецтва.

Робота в групах (слайд 9)

Учні об’єднується в 3 групи: 1 група – біологи, 2 група-фізики, 3 група-музиканти.

• Біологи досліджують питання про утворення звуку в людському організмі, визначають які ж саме органи беруть в цьому участь.
• Фізики характеризують природу звуку, як залежить проходження звуку в різних середовищах.
• Музиканти характеризують музичні властивості звуку:висота, тембр, гучність. Пояснюють як графічно можна зобразити звук (ноти).

Для роботи учні використовують електронні джерела за наступними посиланнями:

1 група

1. Голосовий апарат людини .

Режим доступу: https://disted.edu.vn.ua/courses/learn/2700

2. Гортань, її функції та будова. Голосовий апарат. Утворення звуку в гортані.

Режим доступу: http://8next.com/bl/3474-bl_01312.html

2 група

1. Фізична природа звуку. 

Режим доступу:http://um.co.ua/1/1-7/1-70996.html

2. Звукові хвилі в різних середовищах.

 Режим доступу:http://physic.cx.ua/zvuk/

3. Поширення і швидкість звуку в різних середовищах.

Режим доступу: http://moyaosvita.com.ua/fizuka/poshirennya-zvuku/

3 група

1. Ноти. Режим доступу: https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%9D%D0%BE%D1%82%D0%B8

2. Властивості звуку.

Режим доступу: http://medbib.in.ua/svoystva-zvuka-40378.html

3. Властивості музичних звуків.

Режим доступу : https://egrivna.com/vlastivosti-muzichnih-zvukiv/

Фізкультхвилинка

Обговорення результатів роботи.

Отже, звук – це коливальний рух частинок пружнього середовища, що поширюється у вигляді хвиль у газі, рідині чи твердому тілі.

Запитання: Окрім звукових хвиль, які ви знаєте або чули назви хвиль?

Орієнтована відповідь: морські хвилі, електромагнітні, радіохвилі.

Вчитель: Пропоную ознайомитись із ще одним видом хвиль, а саме електромагнітними. Ці хвилі людина навчилась використовувати у побуті, а як саме ми зараз про це поговоримо. Скажіть у кого вдома є мікрохвильова піч?  А чи ви знаєте в чому полягає її принцип дії? Давайте це з’ясуємо.

Робота з роздатковим матеріалом «Інструкція до мікрохвильової печі»

Завдання: Ознайомтесь із короткою характеристикою МХП та запобіжними заходами під час її користування.

Запитання:

- Які символи вам найчастіше зустрічались під час роботи з інструкцією? (НВД – надвисокі частоти)

 - Чому не можна розігрівати їжу в металевому посуді?

- Чи можна розігрівати їжу, яка буде мати повітря непроникну оболонку?

Надвисокі частоти (НВЧ) - область радіочастот від 300 Мгц до 300 Ггц, що охоплює дециметрові хвилі, сантиметрові хвилі і міліметрові хвилі. Мікрохвилі є однією з форм електромагнітної енергії, як і світлові хвилі або радіохвилі. Це дуже короткі електромагнітні хвилі, які переміщуються зі швидкістю світла (299,79 км в секунду).

Розглянемо принцип дії МВП за малюнком (слайд 10):

У магнетроні (3) збуджуються електромагнітні коливання. Вони передаються на антену (4). Антена (4) випромінює електромагнітну хвилю в хвилевід (5). По хвилеводу (5) вона проходить у відсік для підігріву їжі. Металеві стінки відсіку і грати на дверцятах (12) чудово відбивають хвилі. Таким чином електромагнітне випромінювання поглинається тільки їжею. Для роботи магнетрона необхідний підвищувальний трансформатор (7) і конденсатор (6).

VI.Узагальнення та систематизація знань.

Ми з вами під час групової роботи говорили про те, як утворюється звук, а зараз визначимо як же ми його чуємо.

Робота з підручником «Коршак. Фізика 11 клас»

Завдання: опрацюйте матеріал на сторінці 146-148 та дайте відповіді на запитання.

Як ми з вами чуємо звук? Які органи чуття беруть в цьому участь? Давайте з вами ознайомимось з цими питаннями більш детальніше під час роботи з наступним завданням.

Завдання: Перегляньте відео-фрагмент про «Будову вуха» та оформіть свої ілюстрації: підпишіть структурні елементи вуха та функції які вони виконують (слайд 11).

Режим доступу: https://www.youtube.com/watch?v=ZDAnfm0B3mU

Рис. 2. Шаблон будови вуха.

Отже, як же ми з вами чуємо звуки?

Орієнтована відповідь: Людське вухо переробляє одержувані з навколишнього середовища звуки в спеціальні механічні коливання, які потім перетворюють рухи рідини в равлику в електричні імпульси. Вони по шляхах центральної слухової системи переходять в скроневі частки мозку, щоб потім бути розпізнаними і обробленими. Тепер вже проміжні вузли і сам головний мозок отримує деяку інформацію щодо гучності і висоти звучання, а також одного характеристики, такі як час уловлювання звуку, напрям звуку і інші. Таким чином, мозок може сприймати отриману інформацію від кожного вуха по черзі або разом, отримуючи єдине відчуття.

Як ви думаєте чи існують такі звуки, які людина не може почути?

(інфразвук та ультразвук)

Робота з інтерактивною схемою

«Карта інфразвуку та ультразвуку» (слайд 12)

Завдання: Учні діляться на 2 групи (1 група інфразвук, 2 група ультразвук), на карті використовуючи раніше підготовлені матеріали вони позначають наступне:

- поняття про один із видів звуків;

- діапазон звуку;

- поширення звуків в природі;

- вплив звуків на живі організми;

- застосування людиною цих звуків (УЗД).

Презентація схеми, кожна група характеризує свій вид звуку.

VII.Підведення підсумків уроку (слайд 13).

Запитання: Згадайте, яке питання на початку уроку було задано?

(Як Людвігу ван Бетховену вдалось написати свої знамениті твори будучи глухим?)

Прослухайте уривок з  книги "Чи можуть поцілунки продовжити життя?" Стівена Джоба.

«Він пам'ятав звучання кожної ноти і міг уявити, як має звучати весь музичний твір. Він затискав в зубах дерев'яну паличку і доторкався нею до струн рояля, щоб відчути їх вібрації».

Чи можемо ми дати відповідь на наше запитання?

Орієнтована відповідь:

Вібрації , які шли від струн рояля утворювали відповідний звук. Це і є коливання, по якій передавалась звукова хвиля. Композитор добре пам’ятав ці вібрації відповідної ноти, тому і зміг написати свої твори.

Фронтальна бесіда

1. Що таке коливання?
2. Які тіла можуть створювати коливання?
3. Чи можуть механічні коливання передаватись у вакуумі?
4. В якому середовищі звукові хвилі швидше будуть проходити в повітрі чи  у воді?
5. Як люди використовують звукові хвилі?

VIII. Домашнє завдання (слайд 14).

Підготувати доповіді за наступними темами:

1. Звукові явища. Акустика.
2. Застосування ультразвукових хвиль людиною.
3. Живі об’єкти, які використовують або утворюють інфразвукові хвилі.
4. Принцип дії рентгену.