Урок засвоєння нових знань "Звук"

О

Урок фізики на тему 

«Звук. Характеристики звуку. Поширення звуку у різних середовищах. Відбивання звуку.  Швидкість поширення звуку. Сприймання звуку людиною»

Звук-усе, що чує вухо,

що доходить до вуха.

В. Даль

Мета:

• Сформувати поняття про звукову хвилю та її основні характеристики: швидкість, гучність, тон, тембр, найважливіші звукові явища-резонанс, луну;
• розкрити практичну значущість здобутих знань на практиці;
• виховувати

Тип уроку: засвоєння нових знань.

Формування ключових компетентностей:

• основні компетентності у природничих науках та технологіях;
• математична компетентність;
• інформаційно-цифрова компетентність;
• уміння вчитися упродовж життя;
• соціальна та громадянська компетентність.

Основні поняття: звук, швидкість звуку, гучність, тон, тембр, луна, резонанс, камертон.

Обладнання та наочність: кості доміно, програвач грампластівок, листівка, магнітофон і магнітофонні записи, скляний дзвін, будильник, насос, репродуктор у розібраному вигляді, камертон, дерев’яний ящик (резонатор), гумовий молоточок, келих з водою.

План-схема уроку

Хід уроку

І. Розминка

Прослухати ніжну мелодію. Обговорити почуття, що виникли в учнів.

ІІ. Актуалізація опорних знань

1. Презентація творів «Коливальний рух у навколишньому світі та техніці»

2. Вправа «Цифровий  термінологічний диктант»

  Встановити відповідність між термінами і визначеннями. Викладач на дошці записує пронумеровані терміни:

1. шлях;
2. амплітуда;
3. частота;
4. період;
5. механічний рух;
6. траєкторія;
7. середня швидкість.

   Викладач зачитує визначення, а учні записують номери термінів, яким воно відповідає, у послідовності, в якій були прочитані визначення.

   Визначення:

1. Кількість  обертів за одиницю часу.
2. Лінія, вздовж якої рухається тіло.
3. Зміна з часом положення тіла в просторі відносно інших тіл.
4. Час, протягом якого тіло робить один повний оберт по колу.
5. Відстань, пройдена тілом уздовж траєкторії руху за певний інтервал часу.
6. Фізична величина, яка характеризує нерівномірний рух і чисельно  дорівнює відношенню шляху, пройденого тілом, до проміжку часу, за який цей шлях пройдено.
7. Максимальне відхилення тіла від положення рівноваги.

3.

ІІІ. Мотивація навчальної діяльності

   За допомогою звичайного програвача  грамплатівок можна провести такий дослід. Платівку  встановіть на програвач і увімкніть його. Взявши поштову листівку за один кінець, встановіть її куточок на початок борозни  грамзапису. Листівка почне звучати!

   Ми чуємо звук. Чи може хтось пояснити цей дослід?  Якщо вам поки що  важко, давайте спробуємо це зробити в кінці уроку. Людина живе у світі звуків. Звук-це те, що чує вухо. Звук є скрізь і  проникає всюди.  Ми чуємо спів птахів, звуки музичних інструментів, шум лісу, грім під час грози. Дзвенять машини, які працюють, транспорт, що рухається.  Що таке звук? Як він з’являється? Чим одні звуки відрізняються від інших?  Що таке луна?  Ми спробуємо з вами з’ясувати  відповіді на ці запитання. 

ІУ. Сприйняття навчального матеріалу

І. Для звуку необхідне середовище

  Давайте з вами виконаємо дослід, який поставив ще у 1660 році англійський учений Р. Бойль. Під скляний дзвін помістимо годинник-будильник і насосом почнемо викачувати повітря. Через деякий час ми вже не чутимемо звуки будильника. Який висновок можна зробити з цього? (Звук поширюється в повітрі)

Історична довідка

       Бойль Роберт (1627-1691)- англійський хімі і фізик. Народився в м. Лісмор (Ірландія). З 1654 р. мешкає в Оксфорді, де займався дослідженнями в галузі фізики та хімії. У 1668 р. Бойль переїхав до Лондона із заснованим ним Товариством, президентом  якого він був з 1680 р. У 1659 р. удосконалив повітряний насос  Геріке, виконав з ним ряд дослідів на визначення ваги повітря, вимірювання ступеня розрідженості та відкрив нові фізичні факти, які виклав   у творі «Нові фізико-механічні досліди, які стосуються пружності повітря» (1660). Він показав, що тепла вода може закипіти при розрідженні навколишнього повітря, і довів, що піднімання  рідини у вузьких трубках не пов’язане з атмосферним тиском. Відкрив у 1662р. закон зміни об’єму  повітрязі зміною тиску. Для своїх  досліді сконструював барометр. Його фізичні дослідження присвячені також вивченню світлових та електричних явищ, гідростатики, акустики, теплоти.

2. Джерела звуку

     Почувши якийсь звук, ми, звичайно, можемо встановити , що він дійшов  до нас від якогось джерела. Розглядаючи це джерело, ми завжди знайдемо, що в ньому  щось коливається. Якщо, наприклад, звук надходить від репродуктора, то в ньому коливається мембрана-легкий диск, закріплений вздовж його кола. (Продемонструвати.)  Якщо цей звук дає музичний інструмент, то джерело звуку-струна, що коливається, стовп повітря, що коливається, тощо.

3. Поширення звуку

  Поширення звуку можна порівняти з поширенням хвиль на воді. Тільки роль кинутого у воду каменя відіграє коливне тіло, а замість поверхні води звукові хвилі  поширюються в повітрі. Кожне коливання, наприклад, струни створює в повітрі один стиск  і одне розрідження. Чергування таких стисків і розріджень і є звукова хвиля.

  Поширення звукової хвилі можна унаочнити  такою демонстрацією. Якщо  на столі  в рядок виставити на вузьких гранях кості доміно, то падаючи вздовж рядка, вони нагадуватимуть поширення звукової хвилі.

   Звук може поширюватися також і в рідкому,  і в твердому середовищі. Той,  хто пірнав у річку або море, знає, що під водою добре чути звуки гребних гвинтів теплоходів, удари каменів тощо. Звук поїзда, який рухається, добре чути, якщо прикласти  вухо до рейки.

4. Органи слуху – вухо.

   Відчуття звуку спричиняється  звуковими хвилями, що досягли органу слуху-вуха. Важлива частина цього органу-барабанна перетинка. Звукова хвиля, що надійшла, спричиняє коливання перетинки з частотою коливань хвилі. Їх сприймає мозок як звук. Робота нашого органу слуху досі не з’ясована до кінця. Справа в тому, що у внутрішньому вусі є декілька тисяч чутливих нервів, здатних сприймати звукові коливання, що передаються у вушний лабіринт із повітря через  барабонну перетинку.  Залежно від частоти звуку, найсильніше коливається та або інша частина вушного лабіринту. Хоча чутливі нерви розміщені вздовж лабіринту  настільки густо, що одразу збуджується їх велика кількість, людина (а також тварина)  здатна – особливо в дитинстві-розрізняти дуже малі зміни частоти. Як це відбувається, досі точно не відомо. Зрозуміло тільки, що найважливішу роль тут відіграє аналіз подразнень у мозку, що надходить  від безлічі окремих нервів. Придумати механічну  модель, яка – при тій самій конструкції- так само добре розрізняла б частоту звуку, як вухо людини, поки що не вдалося.

5. Швидкість звуку

   Звук  поширюється тільки у пружному середовищі. Швидкість поширення звуку  у різних середовищах різна. Рідини проводять звук  швидше, ніж гази. У  воді звук поширюється зі швидкістю 1 450 м/с, тобто в 4,5 разів швидше, ніж у повітрі, де його швидкість 330-340 м/с. Ще більша швидкість звуку у твердих тілах, наприклад, у залізних, - близько 6 000 м/с.

  Чим же відрізняються звуки один від одного?

Для характеристики звуків вводять наступні три поняття:  гучність, висота тону, тембр.

6. Гучність

    Проведемо дослід. Затиснемо в лещатах полотно ножівки, відхилимо від положення рівноваги  і відпустимо його. Повторимо дослід, відхиливши полотно далі  від положення рівноваги, тобто збільшимо амплітуду коливання. Тепер затиснемо меншу частину полотна і, відхиливши  його від  положення рівноваги, відпустимо. Що ви чуєте? (Учні роблять висновок).

     Гучність звуку залежить від амплітуди коливань. Проте зв’язок між гучністю й амплітудою непростий. Про звуки взагалі не можна говорити, що один із них у два, у три, а тим паче в мільйони разів гучніший від іншого. 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 130дБвідчуваєтьсяшкірою і спричиняє вічуття болю. Про гучність вуличного шуму можна, наприклад, сказати, що вона на 10 дБ більша від гучності шелестіння листя.

7. Висота звуку

    Висота тону- друга дуже важлива характеристика звуку. В фізиці вона 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 16000-20000 Гц (Гц=1/с)

    Існують особливі джерела звуку, що утворюють єдину частоту, так званий чистий тон.Це камертони різних розмірів – прості пристрої, що являють собою зігнуті металеві стержні на ніжках  (продемонструвати). Чим більші розміри камертона, тим  нижчий звук, який виникає після удару 

8. Тембр

    Отримати чистий звук зі строгого 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 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.

9. Відбивання звуку

Поширюючись у деякому  середовищі, звукова хвиля рано чи пізно досягне межі цього  середовища. За нею починається інше середовище, яке складається з інших частинок, у якому й швидкість звуку інша. На такій межі спостерігається явище відбивання звукової хвилі.  Який приклад відбивання звукової хвилі  ви можете навести? (Луна)  Луна полягає в тому, що звук  від джерела досягає якоїсь перешкоди, відбивається від неї і повертається до того місця, де він виник. І якщо первинний звук і відбитий звук доходять до слухача не одночасно, то він почує звук двічі. Звук може зазнати також кількох відбивань. Тоді можна почути звук багато разів-звідси, наприклад, гуркотіння грому.

10.  Резонанс

    Вище ми згадували про камертони. Сам по собі цей прилад дає дуже слабкий звук, оскільки площа поверхні ніжок камертона, які коливаються і дотикаються до  повітря, мала і коливального  руху  набувають занадто  мало частинок повітря. Тому камертон звичайно закріплюють на дерев’яному ящику (продемонструвати), який підбирають так, щоб частота його   коливань  дорівнювала частоті коливань ніжок камертона. В такому випадку звук підсилюватиметься, буде значно гучнішим, таке явище називають резонансом. Ящик називають резонатором. У музичних інструментах без резонаторів не можна обійтися. Ними є деки.   Без дек, від одних струн, звуків було б майже не чутно. Порожнина рота людини-також резонатор для голосових зв’язок.

У. Осмислення об’єктивних зв’язків

Пояснити досліди.

     Візьміть келих і налийте  в нього трохи води. Змочіть у воді вказівний палець і коловими рухами проводьте, не сильно притискаючи по вінцю келиха. Через певний час ви почуєте, що від келиха лине звук? Поясніть це.

Пояснення: проводячи пальцем по вінцю келиха, ми змушуємо його коливатися внаслідок  дії сили тертя, яка існує між пальцем і склом. Амплітуда коливань, частота яких збігається з власною частотою келиха, збільшується (настає резонанс)  і передається повітрю.

    Якщо тримати камертон за ніжку і вдарити по ньому гумовим молоточком, то звук буде слабким. 

Зовсім інша ситуація спостерігатиметься, якщо торкнутися ніжкою камертона до столу.  Гучність звуку стане більшою і камертон буде чутно у всій кімнаті. Чому звук стає гучнішим, якщо торкнутися ніжкою камертона стола?

Пояснення: під час дотику до столу ніжкою камертона, що стає причиною збільшення гучності звуку. Якщо торкнутися ніжкою камертона дерев’яного ящика, власна частота коливань стовпа повітря в якому збігається з частотою коливань камертона, звук стане ще гучнішим.

УІ. Узагальнення знань

1.Колективно складаємо конспект уроку:

• Джерелом звуку є фізичні тіла, що коливаються.
• Звук поширюється у вигляді хвиль.
• Швидкість звуку у воді 1 450 м/с, у повітрі-330-340 м/с, у залізі-6 000 м/с.
• Гучність звуку залежить від амплітуди коливань.
• Висота тону  визначається частотою коливань.
• Тембр-присутність в основній частоті коливань додаткових частот.
• Луна-це відбивання звуку від будь-якої перешкоди.

2.Розв’язування задач

1. Хвиля рухається в озері зі швидкістю 6 м/с Обчисліть період  та частоту коливань бакена, якщо довжина хвилі становить 3 м.

2.Бакен здійснює 20 повних коливань за 10 с. Відстань між сусідніми горбами хвиль становить 120 см. Визначити швидкість поширення хвиль.

3.

          УІІ. Підсумки уроку

Учні відповідають на запитання, поставлені на початку уроку.

          УІІІ.  Домашнє завдання

1. Опрацювати відповідний параграф підручника.
2. Підготуватися до семінару «Світ звуку»  за темами:

• «Інфразвук»;
• «Ультразвук»;
• «Сонари тваринного світу»;
• «Як музика впливає на вас?»;
• «Дія шуму на організм людини»;
• «Дія шуму на рослинний та тваринний світ»