Урок "Звукові хвилі, інфразвук, ультразвук"

 

 

 

 

 

 

 

Методична розробка
уроку на тему

«ЗВУК, ІНФРАЗВУК, УЛЬТРАЗВУК»

Мета:

 Навчальна:

• пояснити учням поняття звуку, інфразвуку та ультразвуку;
• встановити фізичну природу звуку, інфразвуку та ультразвуку;
• встановити джерела звуку, інфразвуку та ультразвуку;
• скласти уявлення про значення звуку, інфразвуку та ультразвуку в житті людини;
• навчити учнів захищатись від негативного впливу інфразвуку та ультразвуку.

Розвивальна:

• розвивати в учнів інтерес до оволодіння новими знаннями;
• розвивати в учнів уміння виділяти головне та робити висновки.

Виховна:

• виховувати любов до предмета та почуття власної безпеки.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.

Форма проведення: урок-конференція.

Очікувані результати:

• формування знань про інфразвук та ультразвук;
• вдосконалення життєвих компетентностей учнів: інформаційної, соціально-трудової, вміння вчитися;
• формування навичок дослідницької роботи.

Міжпредметні зв’язки: біологія, алгебра, інформатика.

Обладнання: камертон з молоточком, музичний супровід, презентація до уроку, мультимедійний проектор, ноутбук, дидактичний матеріал (картки завдань для учнів).

 

 

 

 

 

Структура уроку

Етапи уроку	Час	Прийоми та методи роботи з групою
І. Організаційний етап	1 хв	Організація класу
ІІ. Актуалізація опорних знань	2 хв	Розв’язання кросворду
ІІІ. Повідомлення теми, мети та завдань уроку	1 хв	Коментар вчителя
ІV. Мотивація навчальної діяльності	1 хв	Коментар вчителя
V. Вивчення нового матеріалу	20 хв	Конференція на тему «Звук. Інфразвук та ультразвук.»
VІ. Закріплення, узагальнення та систематизація знань	12 хв	Розв’язування задачі, самостійна робота учнів за картками завдань
VІІ. Рефлексія	1 хв	«Квітка знань»
VІІІ. Інструктаж до виконання домашнього завдання	1 хв	Коментар вчителя
ІХ. Підведення підсумків уроку. Оцінювання роботи учнів.	1 хв	Коментар вчителя

 

Епіграф уроку

Не злякайте звуків! Тихо! Помовчіть!
Чуєте, музика? Музика звучить.
Музика у вітрі, музика у морі,
Музика у сонці  і у срібних зорях.
Музика у квітах, музика в душі,
Музика у віршах проліском звучить!

      Леся Поліщук

 

 

Хід уроку

І. Організаційний етап

(лунає тиха музика)

Слово вчителя: Заплющте очі і уявіть, що ви сидите в концертному залі і слухаєте музику знаменитого композитора. Музичні тони, їхні переливи викликають у людини істинну насолоду. Немає, напевне, на Землі людини, яка б не любила музику. Музика супроводжує людини протягом усього життя: весела і сумна, ритмічна і повільна.

А ще ви, напевно, любите відпочивати восени на лоні природи? Пригадайте, які звуки ви там чули: шелест листя, спів пташок, свист вітру… Отже сьогодні ми з вами і поговоримо про звуки.

ІІ. Актуалізація опорних знань

Ми починаємо вивчати розділ «Механічні та електромагнітні хвилі». З поняттям та характеристиками хвилі ви вже знайомились в 7-му класі, отож давайте пригадаємо що ми вже знаємо про хвилі.

Кожен учень має картку завдання з кросвордом, який має самостійно розв’язати. (Додаток 1.) Розв’язання кросворду перевіряється взаємоперевіркою.

ІІІ. Повідомлення теми та мети та уроку

Отже тема сьогоднішнього уроку «Звук. Інфразвук та ультразвук».

Ми з вами встановимо фізичну природу звуку, розглядатимемо властивості цих хвиль із фізичної точки зору, стосовно сфери їх застосування в побуті техніці та медицині.

У всіх вас є пелюсточка квітки. (Додаток 2.) Напишіть на ній що ви очікуєте від сьогоднішнього уроку, і ми разом створимо «Квітку знань». Якщо ваші очікування справдяться, то кожна пелюсточка повернеться до вас, що виконати ще багато ваших бажань. Як у дитячому мультфільмі «Цветик-семицветик»

 

 

ІV. Мотивація навчальної діяльності. Постановка проблемного питання

 В житті кожної людини звук відіграє велике значення, адже щодня нас оточують різні звуки: голоси людей, тварин, птахів, шум автомобіля, гудіння електричних приладів і багато інших звуків. Деякі з них нас тривожать чи дратують, інші навпаки заспокоюють. Все життя людини пов’язане зі звуками. Дитина ще в утробі матері реагує на голоси, шум, звуки та музику. Так що ж таке звук? Відповідь на це питання ми дамо наприкінці нашого уроку.

V. Вивчення нового матеріалу

Кожен із вас мріє стати фізиком, або біологом, або медиком, або інженером, або істориком. Сьогодні ви всі спробуєте бути такими фахівцями відповідно до ваших мрій. Урок проходитиме у вигляді прес-конференції.

На попередньому уроці учні отримали завдання підготувати виступи на теми: «Звук. Його джерела та характеристики», «Вплив звуку, ультразвуку та інфразвуку на організм людини», «Інфразвук. Його джерела та вплив на організм людини», «Джерела звуку – музичні інструменти», «Летючий голландець», «Захист від інфра- та ультразвуку», «Ультразвук. Його джерела та використання».

Фізик 1. Як ми всі знаємо, хвилі поділяються на механічні й електромагнітні.

Механічна хвиля - це процес поширення механічних коливань у пружному середовищі.

Прикладом найпоширеніших механічних хвиль є звукові, ультразвукові та інфразвукові хвилі, а також хвилі на поверхні рідин.

Електромагнітна хвиля — процес розповсюдження електромагнітної взаємодії в просторі.

Прикладом електромагнітних хвиль є світлові хвилі у всіх діапазонах та радіохвилі.

Зараз ми розглянемо звукові хвилі їхні характеристики та вплив на здоров'я людини.

З в у к — це коливальний рух частинок пружного середовища, що поширюється у вигляді хвиль у газі рідині чи твердому тілі з частотою від 16 до 20 000 Гц.

Більшість явищ у природі супроводжуються характерними звуками, як сприймаються та розпізнаються вухом людини й тварин i служать для орієнтування та спілкування.

Як виникає звук? Якщо вдарити по сталевій пластинці камертона - вона буде видавати звук, а для збільшення гучності використовують резонатор.

Коливання металевої пластинки передаються резонатору та оточуючому повітрю. При відхиленні пластинки в лівий бік вона стискає шари повітря зліва і розріджує шари повітря, що знаходяться справа від пластинки і т.д.

Стиснення й розрідження шарів повітря, що прилягають до пластинки, буде передаватися сусіднім з ними шарам повітря.

(Демонстрація звучання камертона)

Джерела звуку поділяються на природні та штучні.

Характеристиками звуку є частота, довжина хвилі, амплітуда, швидкість, а також гучність та висота тона.

Частотою звука називають кількість коливань певної точки звукової хвилі в секунду.                                                         ν=N/t           [ν] = Гц

Довжина звукової хвилі визначається її частотою та швидкістю або періодом та швидкістю, оскільки частота та період взаємно обернені величини:                                                                                                  λ = V/ν,      λ = V*Т

де λ - довжина хвилі, ν - частота, V - швидкість звуку, Т – період коливання хвилі.

Довжини звукових хвиль, які сприймає людське вухо лежить в діапазоні приблизно від 2 см до 20 м.

Швидкість поширення звуку залежить від середовища, в якому поширюється звук. Наприклад швидкість поширення звуку в повітрі 340 м/с, водні 1285 м/с, вуглекислому газі 260 м/с, воді 1485 м/с, сталі 5100м/с, гумі 1800 м/с, дереві 3320 м/с.

Слайд 13. Гучність звуку залежить від амплітуди коливань тіла, що звучить.

Висота тону визначається частотою коливань.

Журналіст 1. У мене є питання до лікаря. Скажіть, будь ласка, шкідливим чи корисним є звук?

Лікар. Однозначної відповіді нема. Медичні дослідження показали, що шум завдає суттєвої шкоди здоров'ю людини, але й абсолютна тиша лякає й пригнічує її. Так, співробітники одного конструкторського бюро, що мали прекрасну звукоізоляцію, уже через тиждень почали скаржитися на неможливість роботи в умовах гнітючої тиші вони були знервовані, втрачали працездатність. I, навпаки, було встановлено, що звуки значної сили стимулюють процес мислення, особливо процес лічби.

Журналіст 1. Отже, перебуваючи в сильному шумі можна стати генієм?

Лікар. Звичайно, Hi. Постійна дiя сильного шуму може негативно вплинути на слух, викликати дзвін у вухах, запаморочення, головний біль, підвищення втомлюваностi, зниження працездатності.

Журналiст 1. Можна перiодично виходити з приміщення, щоб вiдпочити від шуму й далi продуктивно продовжувати працювати?

Лiкар. Це не допоможе. Шум має акумулятивний ефект, тобто акустичні подразнення, накопичуючись в органiзмi людини, дедалi сильніше пригнiчують нервову систему. Процес нервово-психiчних захворювань вищий серед осіб, що працюють в умовах шумового забруднення, ніж у людей, які працюють у нормальних звукових умовах.

Журналіст 2. Скажіть будь ласка, чи впливає звук на здатність людини контролювати свої дії?

Лiкар. Шуми спричиняють функціональні розлади серцево-судинної системи; шкiдливо впливають на зоровий i вестибулярний аналiзатори; знижують рефлекторну дiяльнiсть, що часто стає причиною нещасливих випадків i травм.

Зменшення рiвня шуму покращує самопочуття людини й підвищує продуктивнiсть працi. З шумом необхідно боротися як на виробництві так i в побутi. Уміння дотримуватися тишi — показник культури людини i її доброго ставлення до інших. Тиша потрiбна людям так само, як сонце й свiже повiтря.

Журналіст 2. Дякую за Вашу відповідь.

Фізик 2. Звук існує і поза акустичним діапазоном. Наприклад інфразвук.

Інфразвук — пружні хвилі аналогічні до звукових, але з частотами, нижчими від рівня сприйняття людського вуха. Цей частотний діапазон використовують у сейсмографах для визначення землетрусів. Виявлено, що інфразвук згубно впливає на організм людини й довкілля. Це зумовлене тим, що частота інфразвуку збігається з власною частотою предмета, а це, як відомо, явище резонансу.

Журналіст 3. Де виникають інфразвукові коливання?

Фізик 2.Природнім джерелом інфразвуку є землетруси, бурі, урагани, морські хвилі, цунамі, тварини.

Техногенним джерелом можуть бути потужне обладнання, транспорт, гірничі розробки за допомогою вибухів. Найбільшу інтенсивність інфразвукових коливань створюють машини й механізми, що мають поверхні великих розмірів, які створюють низькочастотні механічні коливання.

Інфразвукові коливання викликаються землетрусом або вібрацією важких механізмів.

Можливо, ці коливання сприймають деякі тварини: відомо, що собаки та кішки перед землетрусом намагаються покинути приміщення, в якому знаходяться.

Багаторічні спостереження довели, що медузи перед штормом намагаються заховатися в безпечне місце на великій глибині. Це пов’язано з тим, що медузи можуть сприймати інфразвуки, які поширюються у воді та з’являються за 10–15 годин до шторму.

Журналіст 3. А чи можуть бути джерелом інфразвуку музичні інструменти?

Історик. Дозвольте мені відповісти на це питання.

З музичних інструменмв інфразвук можна відтворити на органі. Колись стався досить цікавий випадок. Дозвольте я про нього розповім.

В одному зі старовинних лондонських театрів ставили п'єсу, у середині якої дія переносилась із сучасності в далеке минуле. Режисеру не вдавалося створити необхідну таємість дії. Відомий фізик Роберт Вуд, що побував на репетиції, запропонував впливати на глядачів низькочастотним, нечутним звуком. Наступного дня до театру привезли трубу великих розмірів та приладнали її до органу. Незадовго до спектаклю Роберт Вуд провів короткочасний дослід із впливу інфразвуку на людей. Коли він привів у дію генератор, глядачів охопили хвилювання, безпричинний страх, вони почали сумно перезиркуватися, розглядатися навколо, а декотрі встали зі стільців й пішли до виходу. Ніякого звуку небуло чути, але кришталеві підвіски старовинного канделябра затремтіли. Навіть на вулиці почалася паніка.

Журналіст 3. Лікарю, скажіть будь ласка, чи означае це, що інфразвук впливае на психіку людини?

Лікар. За великих амплітуд інфразвук відчувається як біль у вусі, вібрація, може спричиняти відчуття страху та навіть смерть від розриву судин. Вплив інфразвуку на людину пов'язаний із резонансами внутрішніх органів.

Він може спричинити зміни в серцево-судинній і дихальній системах, вестибулярному аналізаторі. Інфразвуки чинять особливий вплив на психіку людини: уражають усі види ітелектуальної діяльності; погіршують настрій; іноді з'являється відчуття розгубленості тривоги, переляку, а за високої інтенсивності — почуття слабкості як після сильного нервового потрясіння.

Історик. Такий вплив інфразвуку на психіку людини міг бути причиною численних випадків пов'язаних із зникненням екіпажу при повному збереженні судна і відмінній погоді. Але до цих пір невідомо, чи дійсно саме інфразвук змушував людей викидатися з судна, відчуваючи дикий нез'ясовний жах. Інфразвуком може бути зумовлено ще одне незвичайне явище: «Летючий голландець» - легендарний корабель-привид. Наше очне яблуко коливається з власною частотою 18 Гц. При настанні резонансу погіршується гострота зору і знижується колірна чутливість, виникає зорова галюцинація, бачення фантомів.

Фізик 2. Із негативним впливом інфразвуку можна боротися кількома методами.

1. Ослаблення інфразвуку в межах джерела, усунення причин його виникнення, що є найкращим способом боротьби з низькочастотними коливаннями машин і механізмів.

2. Ізоляція інфразвуку. Важливе місце у боротьбі з інфразвуком належить методам будівельної акустики. Велике значення має раціональне планування і розміщення виробничого устаткування, ізоляція в окремих приміщеннях агрегатів – джерел інфразвуку. Слід зазначити, що використання звукоізолюючого покриття звичайного типу практично не послаблює енергії інфразвукових коливань.

3. Поглинання інфразвуку. Для цього використовують багатошарові звукопоглинаючі покриття.

4. Медична профілактика. Одним з найважливіших заходів медичної профілактики шкідливого впливу інфразвуку є здійснення запобіжних і періодичних медичних оглядів. Протипоказаннями для прийняття на роботу є порушення вестибулярної і слухової функції, виражені неврози, вегетативна дисфункція, захворювання центральної нервової та серцево-судинної систем, органів травлення.

Фізик 3. Якщо з інфразвуком все зрозуміло, тоді перейдемо до ультразвуку. Коливання з частотами, бiльшими за звукові називається ультразвуком.

Ультразвук — пружні коливання й хвилi з частотами приблизно вiд
20 000 до 1 млрд Гц. Собаки чують ультразвуковi коливання до 50 000 Гц, летючi мишi — до 100 000 Гц.

Про існування ультразвуку вченим було відомо давно, але його практичне застосування почалося лише в ХХ ст. Ультразвук широко використовують медицині, як для діагностики так і для лікування, в техніці - для різки металів. За допомогою ультразвуку змішують непоєднувані компоненти, наприклад, воду та олію. Також ультразвук використовують в ехолокації. Загалом же застосування ультразвуку досить широке.

Слово викладача: А чи знаєте ви як ультразвук діє на цукор? Давайте зараз на це подивимось.(Демонстрація відео)

Журналіст 1. Чи використовують ультразвук тварини?

Еколог. Кажани – одні з тварин, які використовують ехолокацію для орієнтації в просторі. Вони видають ультразвукові хвилі з частотою від 40 до 100 кГц. В момент виспускання цих хвиль м’язи у вухах кажанів закривають вушні раковини для того, щоб попередити пошкодження слухового апарату. Хвилі, які випустив кажан відбиваються від перешкод. Кажан уловлює відбиті хвилі та оцінює в якому напрямі перебуває перешкода чи здобич.

Дельфіни також використовують ехолокацію. Вони здатні видавати та сприймати ультразвукові хвилі з частотою до 300 кГц. Завдяки цьому вони можуть досліджувати простір, визначати перешкоди, шукати їжу, спілкуватися один з одним та навіть проявляти свій емоційний стан.

Журналіст 2. Ультразвук використовують у медицині. Чи означає це, що він не шкiдливий для людини?

Лiкар. Тривалий вплив ультразвуку на організм людини спричиняє головний бiль, утому, підвищену збудливiсть, закладенiсть вух, відхилення з боку вестибулярного, слухового, зорового та iнших аналiзаторiв, порушення ендокринних та обмінних процесiв, змiни функцій серцево-судинної системи. У вираженній стадії захворювання вiдбуваються органічне ураження центральної нервової системи, психiчнi порушення, втрата працездатностi.

Журналiст 2. Отже, у медицин його застосовувати шкідливо?

Лiкар. Hi, це не так. У медицині ультразвук використовують під наглядом лiкаря. Час проходження процедури строго обмежений. Тому не варто боятися ультразвукових процедур. Часто ультразвук використовують для прискорення зрощення зламаних кісток, проте, як саме ультразвук впливає на механізм загоєння, поки не зовсім зрозуміло. Одна з теорій свідчить, що ультразвук мае ефект, схожий до активних вправ, навантажуючи кістку й змушуючи її виробляти бiльше кiсткових клітин,— цей процес називається остеогенезом.

Журналiст 2. А застосування ультразвуку не викликає у хворого больових відчуттів?

Лікар. Ультразвук має такі дії: протизапальну, розсмоктувальну, знеболювальну, спазмолітичну.

Журналiст 3. Як використовують ультразвук для дiагностики захворювань?

Лікар. Ультразвукове дослiдження — дiагностичний метод, основою якого є отримання зображення внутрішніх органiв за допомогою ультразвукових коливань. Відбті вiд внутрiшнiх структур звуковi коливання фіксують спеціальнi датчики й реконструюють на екранімонiтора у виглядi зображення в режимi реального часу.

За проведення УЗД не використовують йонізувальне (радіоактивне) випромінювання, що зумовлює вiдносну безпечність дiагностики.

Можливостi застосування ультразвуку в медицині надзвичайно широкі. У дiагностичних цiлях його використовують для виявлення захворювань органiв черевної порожнини й нирок, органів малого тазу, щитоподiбної залози, серця, великих суглобiв кінцівок, голови, в акушерській та педіатричній практиці. Проте через фізичні властивості ультразвуку недоступними для даного методу є органи, що містять повітря й кісткові тканини.

Фізик 3. Міри попередження несприятливої дії ультразвуку на організм операторів технологічних установок та персоналу лікувально-діагностичних кабінетів полягають у наступному:

1. створенні автоматизованого ультразвукового устаткування з дистанційним керуванням:
2. використанні малопотужного устаткування, що сприяє зниженню інтенсивності шуму й ультразвуку на робочих місцях;
3. розміщенні устаткування в звукоізольованих приміщеннях; використанні засобів індивідуального захисту – проти шумів.

Дякую за ваші доповіді. Якщо питань більше немає, дозвольте закінчити нашу прес-конференцію.

VІ. Закріплення, узагальнення та систематизація знань, умінь і навичок.

Отже, ви отримали певні знання про звук, інфразвук та ультразвук. Для закріплення ваших знань, я пропоную вам розв’язати задачу.

Умова задачі висвітлюється на мультимедійному екрані.

Для розв’язання задачі на дошці запрошується учень.

Задача

Визначте довжину звукової хвилі частотою 440 Гц в повітрі та воді. Що відбувається з хвилею при переході її із повітря у воду?

Дано:        СІ  Розв’язання

ν = 440 Гц  440 Гц λ = V/ν

V_пов = 330 м/с 330 м/с λ₁ = V_пов/ν  {λ₁} = 330/440 = 0,75 (м)

V_в = 1500 м/с 1500 м/с λ₂ = V_в/ν  {λ₂} = 1500/440 = 3,4 (м)

λ₁ = ?     

λ₂ = ?

Відповідь: довжина хвилі в повітрі 0,75 м, у воді 3,4 м. При переході хвилі із повітря у воду її довжина збільшується.

Тепер візьміть, будь ласка, схеми, що є у кожного з вас і заповніть у них пропуски.

 

VІІ. Рефлексія

На початку уроку ми з вами створили «Квітку знань». Тепер давайте з’ясуємо, чи всі пелюсточки повернуться до вас.

VІІІ. Інструктаж до виконання домашнього завдання.

1. За підручником § 25.

2. Дати відповіді на питання в кінці параграфа.

3. Розв'язати задачу.

Із гвинтівки здійснено постріл по мішені, яка розташована на відстані 1020 м. Швидкість, з якою куля наближається до мішені, дорівнює 850 м/с. На скільки раніше куля влучить у мішень, ніж до мішені долине звук пострілу?

ІХ. Підведення підсумків уроку. Оцінювання роботи учнів.

Підвести підсумок уроку.

Оцінювання учнів, які готували доповіді.

 

 

 

          Додаток 1.

				1
					2
3
4

 

1. Явище різкого зростання амплітуди коливань при співпадінні власної частоти коливань з частотою змушувальної сили.

2. Збурення, що поширюються в будь-якому середовищі з плином часу.

3. Найбільше відхилення тіла від положення рівноваги.

4. Матеріальна точка, що коливається в полі сили тяжіння.

 

          Додаток 2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

          Додаток 3.

Заповніть пропуски

1. Звук — це ____________ рух частинок пружного середовища, що поширюється у вигляді ______ у газі рідині чи твердому тілі з частотою від __ до _____ Гц.

2. Джерела звуку

 

 ______________   ______________

                    

 

3. Інфразвук — це пружні хвилі, аналогічні _________, але з частотами _______ рівня сприйняття людського вуха (від _______ Гц до _____ Гц).

                                        4. Джерела інфразвуку

 

 

  Природні    Штучні

          (наведіть приклади)

 

5. Інфразвук використовують в _______________________________ __________________________________________________________________.

6. Ультразвук — пружні коливання й хвилi з частотами приблизно вiд
_______ до _______Гц.

                                      7. Джерела ультразвуку

 

 

  Природні    Штучні

          (наведіть приклади)

8. Ультразвук використовують в _______________________________ __________________________________________________________________.

 

9. Розв’яжіть задачу

Довжина звукових хвиль, створюваних скрипкою, може змінюватись від 23 мм до 1,3 м. Який діапазон частот скрипки?