Звукові хвилі. Інфразвук і ультразвук

9  Клас Фізика

Тема: Звукові хвилі. Інфразвук і ультразвук.

Мета уроку: Розширення і поглиблення знань учнів про механічні хвилі.

Освітня: систематизувати і поглибити знання учнів про механічні хвилі; формувати знання про фізичні (амплітуда, період, частота) і фізіологічні (висота, гучність, тембр) характеристиках звуку.

Розвиваюча: формувати вміння узагальнювати, порівнювати, аналізувати і самостійно робити висновки; розвивати вміння працювати з текстом підручника, інформаційними таблицями; створювати умови для розширення кругозору учнів.

Виховна: продовжити формування пізнавального інтересу до фізики і позитивного ставлення до навчання; виховувати дбайливе ставлення до здоров'я.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу

Обладнання: дерев'яна лінійка, довга металева лінійка, комп’ютер, проектор.

Міжпредметні зв'язки: біологія, музика, література, географія.

ХІД УРОКУ

І. Організаційний момент. Вступне слово вчителя.

Доброго дня. Подивіться один на одного, посміхніться, і налаштуйтесь на позитивну хвилю. Адже ми з вами вивчаємо все про хвилі.

Всі налаштувались на позитив і нові знання?  То ж  на хвилі позитиву і почнемо наш урок.

ІІ. Етап мотивації учнів.

На попередньому уроці ми вивчали тему: Виникнення та поширення механічних хвиль, фізичні величини, які характеризують хвилі.

З поміж широкого різноманіття хвиль найпоширенішими є звукові хвилі.

Близько 9 % інформації із зовнішнього світу людина одержує за допомогою
звуків. Звуки мають величезне значення для кожної людини, та й для кожної істоти, що має органи слуху. Звук це частина нашого життя.

ІІІ. Актуалізація опорних знань.

Перш ніж ознайомитися з особливостями звукових хвиль згадаємо характеристики хвиль в цілому. Виконаємо короткий фізичний диктант:

1. Хвиля – це ___________________________________________________ 
2. Фізичними характеристиками хвилі є ______________________________ 
3. Відстань між двома горбами називають ___________________________ 
4. Найбільше відхилення хвилі від положення рівноваги це ______________
5. Є два види хвиль ______________________________________________
6. Будь-яка хвиля переносить енергію? Так (ні) _________________________ 
7. Поперечна хвиля може поширюватися у рідинах та газах? Так (ні). ________
8. 
   Засели острів формулами.

 

• Взаємоперевірка.
• Обміняйтеся листами та перевірте правильність відповідей.

ІV. Вивчення нового навчального матеріалу.

Людина живе в океані звуків. Що являють собою звуки? Як вони утворюються? Чому неможливо почути гуркіт ракетних двигунів у космосі? Чому грім чути пізніше за спалах блискавки? Для чого в студіях звукозапису стіни вкривають шаром звукопоглинальних матеріалів? Як у повній темряві кажани та дельфіни знаходять здобич? Про це та інше ви дізнаєтесь сьогодні на уроці.

Питання: Навіщо потрібний звук?

— Світ, що оточує нас, можна назвати світом звуків. Ми чуємо голоси людей, спів птахів, звуки музичних інструментів, грім під час грози, шелест листя, цокання годинника. Про те, як народжуються звуки і що вони собою являють, люди почали здогадуватися дуже давно. Ще давньогрецький вчений Аристотель, виходячи зі спостережень, пояснив природу звуку. Сьогодні на уроці ми спробуємо «почути» звук, зрозуміти його природу: як звуки народжуються, як передаються і вмирають. Отже, тема нашого уроку «Звукові хвилі», мета - розширити знання по даній темі. Допомагати вам у цьому буде опорний конспект «Хто там?» який ви на протязі уроку будете доповнювати.

— Як виникає звук?

Дослід з лінійкою. Дослід з камертоном.

Учитель: Будь-яке джерело звуку обов'язково коливається. Звук поширюється в просторі тільки при наявності пружного середовища: повітря, вода, тверді тіла, яке необхідне для передачі коливань від джерела звуку до приймача, наприклад до вуха людини. У вакуумі звукові хвилі не поширюються.

1.Дослід з сухариками.

2.Дослід з ложкою.

3.Дослід з пластиковими стаканчиками.

 Питання : Чи всі тіла, що коливаються є джерелами звуку?

Людина не здатна почути звуки всіх коливних тіл. Встановлено, що вухо людини сприймає звуки частоти яких знаходяться в інтервалі від 20 Гц до 20 кГц.

Коливання джерела звуку створюють в навколишньому середовищі звукову хвилю, яка поширюється в просторі від джерела звуку. Під час коливань тіло по черзі то - стискає шар повітря, що прилягає до його поверхні, то, навпаки, створює розрідження в цьому шарі. Хвиля, досягаючи вуха, впливає на барабанну перетинку, змушуючи її коливатися з частотою джерела звуку.

Повідомлення учня про здатність вуха людини сприймати звуки (з біології).

Здатність вуха людини сприймати звуки (з біології).

Слух — здатність організму сприймати та розрізняти звукові коливання за
допомогою слухового аналізатора. Людське вухо здатне сприймати звуки з частотами від 16 до 20 000 Гц.

Сприймальною частиною звукового аналізатора є вухо (рис.). Воно поділяється на три відділи: зовнішнє, середнє і внутрішнє.

Звукові хвилі з навколишнього середовища надходять до зовнішнього слухового проходу і надають коливного руху барабанній перетинці з частотою, рівною частоті коливань джерела звуку, далі через ланку слухових кісточок передаються в порожнину равлика внутрішнього вуха. Коливання волокон равлика передаються, розташованим в них, клітинам кортієвого органа. Внаслідок цього виникає нервовий імпульс, котрий передається до відповідного відділу кори великих півкуль головного мозку, де виникає відповідна слухова уява.

— Вивченню звуку присвячена спеціальна галузь фізики - акустика.

Учитель: Яку хвилю подовжню або поперечну являє собою звукова хвиля?

Учитель: Звук - це поздовжня хвиля. Значить для визначення швидкості звуку, можна використовувати формули, пов'язані з довжиною хвилі і частотою.

Напишіть ці формули.

                                                

Учитель: Цікаво, хто вперше визначив швидкість звуку?

Учень: 3 історії відкриття швидкості звуку.

Звукові хвилі, як і всі інші хвилі, поширюються з кінцевою швидкістю. Швидкість поширення звукових хвиль називається швидкістю звуку. Вам неодноразово доводилось помічати, що блискавку видно раніше, ніж чути гуркіт грому; спочатку видно спалах від пострілу, а через певний час чути й звук, тобто на поширення звукових коливань від джерела до ваших органів слуху потрібно більше часу, ніж на поширення світла.

Уявлення про скінченну величину швидкості звуку на основі спостереження за явищем луни та затримкою появи звуку після пострілу гармати сформувалося досить давно. Саме ці явища стали підґрунтям для перших спроб вимірювання швидкості звуку в повітрі. У 1636 році Марен Мерсенн провів нескладний дослід. У двох пунктах, відстань між якими була відома, стріляли з гармат. В обох пунктах вимірювали проміжки часу між появою вогню при пострілі і моментом, коли чувся звук пострілу. Знаючи час та відстань можна за формулою     визначити швидкість.    Швидкість звуку в повітрі 340 м/с.

Слід відзначити, що ці вимірювання не враховували зміну стану атмосфери (температуру, тиск, вологість, швидкість вітру). Вивчення впливу цих факторів почалося лише в XIX ст. У 1822 р. за допомогою дослідів Франсуа Араго, Гаспар де Проні й Жозеф Гей-Люссак встановили, що в повітрі за температури 10 °С швидкість поширення звуку дорівнює 337, 2 м/с.

Перші точні вимірювання швидкості поширення звуку у воді здійснили вчені зі Шейцарії Жан Колладон і Шарль Штурм у 1826 році. Один і із дослідників сидів у човні на Женевському озері та вдаряв по зануреному у воду дзвону. Одночасно з ударом відбувався спалах пороху. Другий дослідник перебуваючи на відстані 16 км, вимірював час між спалахом пороху та звуком від удару дзвону, який чув через занурену у воду озера трубу.

Проблемне питання: чи залежить швидкість звуку від того, в якому середовищі він поширюється?

Учитель: Давайте перевіримо правильність вашого припущення за допомогою таблиці, представленої в підручнику.

При роботі з таблицею «Швидкість звуку в різних середовищах»,   заповніть пропуски у вашому опорному конспекті учні  та дайте відповідають на запитання:

1. В якому середовищі швидкість звуку більше, менше?
2. Від чого це залежить?
3. Як ви думаєте, чи залежить швидкість звуку від температури середовища? Чому?

Учитель. Давайте зробимо висновок по таблиці. Як і від чого залежить швидкість звуку?

Учень: Швидкість звуку в теплому повітрі дещо більше, ніж у холодному. Швидкість поширення у твердих тілах більше, ніж у повітрі. Звукові хвилі в рідинах завжди поширюються краще, ніж в газах.

Учитель. Як бачимо тверді тіла добре проводять звукові хвилі, на цьому принципі засновано навчання глухих людей грі на музичних інструментах та танців. Вібрація підлоги, корпусу музичного інструменту дозволяє глухим людям розпізнавати музичні такти і навіть ноти.

Одним із таких незвичних людей був і відомий музикант Людвіг ван Бетховен.

 Інформація про Музиканта.

 Хвилинка релаксу ( звучить Сонячна соната Бетховена)

Учитель: Звук має певні характеристики: фізичні (амплітуда, період, частота, довжина хвилі) та фізіологічні.

Зупинимося на фізіологічних характеристиках звукових хвиль - це висота звуку, тембр звуку, гучність.

1. Висота (тон) звуку.

Учень: висота звуку залежить від частоти коливань: чим більше частота коливань джерела звуку, тим вищий тон звуку. Коливанням малих частот відповідають низькі звуки.

2. Гучність звуку

Гучність звуку залежить від амплітуди коливань: чим більше амплітуда коливань, тим гучніший звук. Гучність звуку залежить також від його тривалості і від індивідуальних особливостей слухача.

— В залежності від частоти звукові хвилі поділяються на інфразвук, чутний звук і ультразвук.

Знайдіть у підручнику означення, цих понять. Скажіть, які з них корисні для людського організму, а які чинять шкоду?

Учитель: Зараз ми подивимося, якими ж властивостями володіють звукові хвилі.

Демонстрація досліду:

Поклавши дзвінкий будильник в коробку, ми чуємо звук. Варто тільки поверх будильника покласти шматок вати, як звук стає нечутним. Чому так відбувається?

Учитель: М'які, пористі тіла - погані провідники звуку. Звукові хвилі в них загасають, поглинаються. Це властивість звукових хвиль називається поглинання.

Які ви можете запропонувати способи захисту своєї квартири від шуму?

Учитель: Ще однією властивістю звукової хвилі є відбивання.

Без рук, без ніг, без язика, а кричить.

Про яке явище йдеться у загадці?

Учитель: Що таке луна? Як виникає луна?

Учитель: За текстом підручника поясніть, як виникає луна. Чому ми не чуємо відлуння в нашому класі?

Робота з підручником.

Учитель: Яку відповідь на поставлене питання ви знайшли в підручнику? А що перешкоджає утворенню відлуння у великих концертних залах?

Учитель: Де ж луна застосовується на практиці?

На властивості звуку відбиватися від поверхонь заснована дія рупора. Він застосовується на мітингах, змаганнях, для посилення потужності звуку та поширення на великі відстані. При використанні рупора звукові хвилі не розсіюються в усі сторони, а утворюють вузько направлений пучок, внаслідок чого збільшується потужність та передача на великі відстані.

Учитель: розглянемо цікаві вправи, пов'язані зі звуком.

V. Первинна перевірка розуміння.

Якісні питання:

1. Хто частіше змахує крильцями при польоті метелик або бабка? (бабка, тому
що частота помаху крил більше, ніж у метелика, тому висота звуку вище).

2. Чи можуть космонавти космічних кораблів підтримувати зв'язок між кораблями за допомогою звукових сигналів? (ні, тому що в вакуумі звук не поширюється).

3. Чи може льотчик чути звук двигунів свого літака? (Так, може адже швидкість звуку більша за швидкість літака.)
4. Чому луна не виникає в маленькій, заповненої меблями кімнаті, але виникає у великому напівпорожньому залі? (Відстань для проходження звуку дуже мала)
5.          Діти, кожен з нас влітку спостерігав грозу. З найпростіших спостережень під час грози скажіть, одночасно чи ми разом з блискавкою чуємо грім? (Ні не одночасно, швидкість світла є більшою ніж швидкість звуку, тому спочатку видно спалах, а потім чується звук)

Розрахункові задачі:

6. Спостерігач знаходиться на відстані 85 м від стрімкої скелі. Через який час він почує луну від вимовленого вигуку?
7. Удар грому був почутий через 10 секунд після того, як блиснула блискавка. На якій відстані від спостерігача стався грозовий розряд?

VI. Узагальнення і систематизація знань.

З метою узагальнення пройденого матеріалу учні робляться висновки

Звукові хвилі є механічними поздовжніми хвилями.

Поширюються в пружних середовищах.

Залежить від властивостей середовища, в якій він поширюється і від температури.

Сьогодні на уроці усі працювали, для покращення настрою пропоную переглянути відео: Гра на келихах. Музика П.І. Чайковського з балету «Лускунчик»

Рефлексія: Підніміть ту картку, яка відповідає вашому настрою на уроці. Мені дуже сподобалося! Я нічого нового не дізнався!

Мені було нудно!

Учитель підбиває підсумок уроку, оцінюючи роботу учнів.

VІІ. Домашнє завдання.

 Запис на дошці і в щоденниках. Конспект. Підготувати повідомлення «Вплив інфразвуку та ультразвуку на живі організми.