Урок "Звукові хвилі. Інфра-, та ультра- звуки".

Тема уроку. Відбивання звуку. Інфра- та ультразвук. Вплив звуків на живі організми.

Мета уроку: ознайомити учнів зі звуковими явищами; дати уявлення про луну.Ознайомити учнів з практичним застосуванням інфра-та ультразвуку. Розширити знання учнів про вплив звуків на живі організми; розвивати інтелектуальні та творчі здібності учнів. Виховувати самостійність, вміння працювати колективно.

Основні поняття: ультразвук, інфразвук, луна, резонанс, шум.

Обладнання: мультимедійна дошка з проектором, камертон, музичні записи різних комах.

Тип уроку: комбінований.

Хід уроку

I. Актуалізація опорних знань

1. Розминка   Вправа «Вилучи зайве».  «Знайди пару» (слайди 1-4)

Гучність, тон, період, тембр.       Секунда, герц, годинник, метр.

2. Прослухайте запис (слайди 5,6– звучить писк комара і дзижчання джмеля) і відгадайте, які комахи видають ці звуки. Поясніть, як ви здогадались.

Так чим же визначається                                        - гучність звуку,

                                                                                                     -  висота звуку?

•     Уявіть: пішов дощ. Краплини падають на металевий дах і ми чуємо звук. Як зміниться звук, якщо дощ посилиться?

3. Фронтальне опитування учнів. 

 Запитання для організації бесіди

•     Які тіла є джерелами звуку? Наведіть приклади.
•     У яких середовищах поширюється звук?
•     Які типи хвиль ви знаєте?
•     До якого типу відносяться звукові хвилі у повітрі?
•     З якою швидкістю поширюється звук у повітрі?
•     У якому середовищі звук поширюється найшвидше?

 

ІІ. Мотивація навчальної діяльності

 Усі ви багато разів спостерігали грозу. А чи одночасно ви бачите спалах блискавки та чуєте грім?

 А як виникають розкати грому? Чи варто їх боятись?

 Сьогодні на уроці ми дамо відповіді на ці та інші цікаві питання, а також поговоримо про звуки, нечутні для вуха людини. Запишемо тему уроку. ( слайд 7, 8 )

 

ІІІ. Вивчення нового матеріалу

 Грім ми чуємо пізніше, ніж бачимо спалах блискавки. Це говорить про те, що звук поширюється у середовищі не миттєво, а з певною швидкістю, причому v_зв<< с (300 000 ). Розглянемо детальніше відбивання звуку від перешкоди.

1. Відбивання звуку.   ( слайи 9, 10  )

Поширюючись у деякому середовищі, звукова хвиля рано чи пізно досягне межі цього середо­вища. На такій межі спостерігається явище відбивання звукової хвилі. Відбивання звукової хвилі 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 – луну. Звук може зазнати також кількох відбивань. Тоді можна почути звук багато разів, наприклад, гуркотіння грому – багаторазове відбивання звуку від хмар.

Відбита звукова хвиля називається луною (слайд 11). У лісі, у горах, у приміщенні нам доводилось чути луну.

Відбивання звуку відбувається за таким самим законом, що і відбивання світла:

кут відбивання дорівнює куту падіння. ( слайд 12 )

Явище відбивання звукових хвиль від перешкод використовують для визначення відстаней до різних предметів та їх місцезнаходження - гідролокація. Під час цього явища звукова хвиля проходить в одну сторону і назад, тобто дві відстані, отже маємо: 2l = υ_зв∙t, а звідси ., де l – відстань до перешкоди , υ_зв – швидкість поширення звуку, t – час за який звук дійшов від джерела до перешкоди і назад. (слайд 14 )

Задача. Луну від викрику дівчинки перед лісом ми почули через 4 с після викрику. На якій відстані від лісу була дівчинка? ( 680 м )       ( слайд 15, 16 )

2. Нечутні звуки

Виступає вчитель  використовуючи презентацію. Учні, переглядаючи презентації та аналізуючи, заповнюють відповідні місця в таблиці « Інфразвук та ультразвук». Протягом уроку учитель контролює правильність заповнення таблиці.)

Скільки коливань за 1с має здійснити тіло, щоб стати «чутним» для людини? (від 16 до 20 000)

 Виявляється, що вухо людини не є найдосконалішим у природі. Воно чує звуки у діапазоні від 16 до 20 000 Гц.

Саме хвилі з частотою γ=16-20 000 Гц ми і називаємо звуковими.

Але існують ще звуки, нечутні для вуха людини.

 

Дослід 1. Коливання камертона «ля» та камертона з вістрям. Учні роблять висновок. (слайд 18 )

Якщо тіло коливається з частотою, меншою за 16 Гц, то воно є джерелом  інфразвуку (від лат.infra – нижче, під). Інфразвуки  (слайд 19 )

Таблиця «Інфразвук та ультразвук» (слайд 20 )

Інфразвук

Одного разу відомий найоригінальніший фізик світу, рекордсмен і фантазер у науці англієць Роберт Вуд приніс у театр виготовлену власноруч величезну органну трубу. На репетиції в 1929 році її випробували з метою підсилення сценічного ефекту. Роберт Вуд із своєї лоджії спостерігав, як відвідувачів охопило відчуття схвильованості, вони стали знервованими… Він описав свої відчуття: «Последовал эффект вроде того, который предшествует землятрясению… волна ужаса распространилась на … авеню…». Режисер злякався і наказав цю органну трубу негайно викинути. Це була спроба використати «нечутний звук» - інфразвук у музиці.

Звукові хвилі, що мають частоту, меншу за 16Гц (від латин. іnfra – нижче, під) називають інфразвуком. Верхня межа: 16-25 Гц. Нижня межа: невизначена, практичний інтерес можуть представляти коливання від десятих і навіть сотих часток Гц, умовно – 0,001Гц.

Джерелами інфразвуку є:

•    стихійні лиха (землетруси, виверження вулканів, торнадо, цунамі, тайфуни, шторми, обвали). Періодичній появі кораблів «летючих голландців» із мертвим екіпажем на палубі все найчастіше в останній час почали приписувати потужним інфразвуковим коливанням, які виникають під час сильних штормів, тайфунів;
•    грозові розряди (грім). Інфразвук – це свого роду «акустичне нейтрино», він здатний проникати без суттєвого послаблення через скло і навіть крізь стіни! Можете собі уявити, що відчувають люди, які мають проблеми зі здоров’ям в дуже високих будинках при сильних потоках вітру.
•    «голос моря». Голландське судно «Уранг Медан», яке проходило Малакський пролив подало сигнал «SOS». Він роздавався протягом хвилини, а потім нерозбірлива серія тире і крапок, потім розбірливе «Я вмираю!». Берегова служба була здивована, в зоні проливу – спокійна вода, ясне небо. Коли група рятувальників прибула на корабель, то всі були мертвими. Вразило  одне – вираз страху на обличчях всіх померлих;
•    автомобільний та залізничний транспорт. При проектуванні тунелю під Ла-Маншем було враховано, що рух поїздів в ньому супроводжується появою потужного інфразвуку;
•    промислові установи аеродинамічної та ударної дії;
•    вибухи, гарматні постріли;
•    реактивні літаки;
•    підводні та підземні вибухи;
•    вітрові електростанції;
•    психотропна інфразвукова зброя, яка впливає на генетичний апарат людини.

 

Хто є приймачем цього звуку?

Ну, звичайно, ми з вами – люди! Ми відчуваємо його присутність усім тілом. Реагують на наближення стихійних лих тварини, риби, вони стають більш неспокійними, збудженими. Особливо хотілося б відзначити медузу. Вона має «сигналізатор шторму», - прилад , що сприймає інфразвуки із частотою 8-13Гц хвилями. Медуза відчуває заздалегідь, що буде шторм і намагається відплисти подалі від берега.

Можна сказати, що інфразвук – це небезпека, що повзе із глухого куточка!

Цей звук негативно впливає на наш організм. Учені встановили, що в результаті впливу інфразвуку:

1.   фіксується зміна ритму серцевих скорочень і дихання, ослаблення функцій зору та слуху, підвищується стомлюваність;
2.   найменший опір чинять стінки легенів, найнебезпечніший проміж інфразвукової хвилі – 7-8 Гц, а частота – 7 Гц – є смертельною;
3.   негативно впливає на фізіологічний стан мозку;
4.   інтенсивність звуку має значення:

а) ІЗ малої інтенсивності визиває нудоту, погіршення зору, несвідомий страх;

б) ІЗ середньої інтенсивності – розлад роботи органів: травлення, мозку; параліч; загальна слабкість; сліпота;

в) потужний ІЗ пошкоджує, або навіть повністю зупиняє серце.

Учені вчаться боротися з ним. Вони вдосконалюють двигуни та інші частини машин, використовують звукоізолюючі матеріали та конструкції, встановлюють поглиначі інфразвукового шуму. Ми з вами теж можемо боротися із ним – насаджувати дерева, кущі, тому що вони поглинають ІЗ хвилі.

Хотілося б згадати слова Філіпа Морзе: «Розвиток фізики приводить не лише до ускладнення життя, а й приводить до глибшого розуміння природи, відповідно дає більшу можливість планувати розумне використання природи».

Учені навчилися використовувати інфразвук. Це акустична апаратура для промивання руд, піску, гравію, рідинного обробітку кожевної та текстильної сировини, для підвищення швидкості дифузії в харчовій промисловості; для фільтрації промислових стоків. Його також використовують в атмосферній акустиці (за допомогою ІЗ можна фіксувати далекі землетруси, потужні вибухи (ядерні також)), в гідроакустиці (наближення шторму, цунамі).

Для китів, акул та інших риб характерна інфразвукова локація за допомогою бічної лінії в межах 1м.

Заповнюємо І частину таблиці.

 

Ультразвук

Людина завжди жила у світі звуків, вони несли певну інформацію, збуджували чи заспокоювали її. О.Френель писав: «Природа проста та плодотворна».

Звукові хвилі, частота яких є вищою від 20000 Гц, називають ультразвуковими. Вони присутні у шумі вітру, водоспаду, у звуках, створених живими істотами (дельфінами, китами, кажанами, птахами). Але вони є не тільки джерелами, а й приймачами ультразвуку. Так кажани, тюлені, дельфіни, краби, кит деякі риби (акула), морські свинки, пацюки, мавпи використовують ультразвук і сприймають його, використовують ехолокацію. Наприклад, у дельфіна є система повітряних мішків (генератор ультразвуків) та жирова подушка (ультразвукова лінза). Об’єм відділу мозку, який відповідає за слух, в десятки разів більший, ніж у людини. Гідролокатор дельфіна такий досконалий, що не може викликати захоплення у спеціалістів з гідролокаційної техніки. Він дає змогу тварині виявити такі дрібні предмети, як наприклад, дробинка, кинута у воду на відстані 20-30м. У басейн одночасно пускали маленьку плямисту рибу – ласощі для дельфіна, і трохи більшу, до якої дельфіни байдужі. Вода була каламутною, але дельфін одразу знаходив маленьку рибу. Експерименти показали, що дельфін точно орієнтується навіть тоді, коли в нього закриті обидва зовнішні вушні отвори й очі. Але досить закрити звуконепроникним матеріалом поверхню лобової подушки, як тварина втрачає орієнтування.

Ехолокаційна система кажанів така досконала, що вони можуть зареєструвати здобич розміром до 1мм. Учені провели експеримент. На дверний проріз, що розділяв два приміщення, натягли нейлонову сітку з ледве помітних ниток – до 0,08 мм товщиною. І що ж? Пролітаючи крізь сітку, кажани жодного разу не зачепилися.

З боку здатності до локації дуже цікавляться тепер учені й акулами, тому що вони подібні до керованої торпеди. На слід жертви її «наводить» справжня локаційна система.

Наведемо приклади використання ультразвуку.

(слайд 22 )В техніці:

•    УЗ дефектоскопія (дослідження якості металів);
•    УЗ акустичні окуляри допоможуть сліпим орієнтуватися;
•    УЗ пральні машинки. В результаті прання утворюється озон, який вбиває мікроорганізми та бактерії, дезинфікує воду;
•    УЗ свисток;
•    для дробіння та різьби металевих деталей;
•    УЗ сирена на кораблях для спускання густого туману, що покращує діапазон бачення на декілька сотень метрів.

В фармацевтиці: для приготування сумішей (емульсій, суспензій).

(слайд 23 )В біології: для відділення клітини від ферментів, для селекції рослин. УЗ стимулює ріст рослин, скорочує вегетаційний період, збільшує врожайність. Учені відкрили, що коли рослині не вистачає води із пересохлого ґрунту, її стебло випромінює ультразвукові хвилі. Приєднавши до стебел спеціальні мікрофони, можна вловити ці звуки та ввімкнути поливальні пристрої. Тільки тоді, коли самі рослини цього потребують.

(слайд 24, 25 )В медицині:  широко використовується УЗ терапія для діагностування в діапазоні  (2,5 – 7,5) МГц. Чітко фіксується порушення розташування та форми внутрішніх органів, наявність пухлинних процесів та інші відхилення від норми. Вдало стала використовуватися УЗ хірургія (в ортопедії різка та зварка кісток). Ультразвук інтенсивністю 80-90дБ широко використовується для мікромасажу. За допомогою нього стерилізують медичні інструменти, так як він має бактерицидну дію. В наш час з’явився новий метод лікування – фонофоріз, коли на шкіру або слизову оболонку наносяться рідкі ліки або мазь, а потім поверхню обробляють інфразвуком.

Але поряд із цим тривалий вплив викликає зміни нервової, серцево-судинної, ендокринної системи, слухового та вестибулярного аналізаторів, виражене зниження слуху. Маленькі рибки, інфузорії, помирають під дією ультразвукового випромінювання.

Люди до всього пристосовуються. Вони впроваджують заходи захисту технічного характеру: створення автоматизованого ультразвукового устаткування з дистанційним керуванням, розміщують устаткування в звукоізольованих приміщеннях. Засоби індивідуального захисту – гумові рукавички з бавовняною основою.

Заповнюємо ІІ частину таблиці.

 

3. Гігієна слуху  (слайд 26-відео )

•   1.Слухати дуже гучну музику.
•   2. При сильних, різких звуках тримати рота відкритим.
•   3. При сильному вітрі та мінусовій температурі ходити без головного убору.
•   4. Намагатися дістати сторонні предмети із вушного проходу самостійно.

 

ІV. Осмислення і закріплення нового матеріалу

1. Інтерактивна гра «Закінчи речення»  (слайд 27 )

•     Звук – це поздовжня хвиля, що поширюється середовищем.
•     З підвищенням температури швидкість звуку збільшується.
•     Чим більша частота звуку, тим тон звуку вищий.
•     Гучність звуку залежить від амплітуди коливань.
•     Відбита звукова хвиля називається луною.
•     Звукова хвиля з частотою, меншою 16 Гц, називається інфразвуком.
•     Звукова хвиля з частотою 20кГц-1 000кГц називається ультразвуком.

 

Повертаємось до питань, поставлених на початку уроку.  ( учні дають відповіді на поставлені питання)

 

Робота в парах

Завдання парам: запропонувати способи захисту від шкідливого впливу звуку – шуму.

Як захиститись від шуму

1. Застосовувати звукоізолюючі екрани (стіни, підлоги, вікна тощо).

2. Застосовувати звукоізолюючі матеріали, які поглинають шум (навушники, шоломи тощо).

3. Розмовляти вдома, у школі, на вулиці, у громадському транспорті тихо.

4. Не слухати надто гучну музику.

5. Садити  зелені насадження, які поглинають шум.

 

V. Завдання додому    (слайд 28)

 Вивчити  § підручник Ф. Божинова-фізика 9 клас;

Частота писку курчати-курочки 5200 Гц, а курчати-півника 4800 Гц. Де цю особливість можна використати?

Звучить мелодія Ф.Шопена «Осінній  вальс»    (слайд 29).

Сьогодні на уроці ми говорили про звуки і я хочу, щоб, слухаючи «Весняний вальс» Ф.Шопена, ви ще раз подумали про те, який то неоціненний дар – чути шурхіт листя, дзюрчання струмка, чудову музику і цінували красу звуку.