Звукові та світлові фізичні явища

 5 клас

Урок 17

Звукові та світлові фізичні  явища

Мета уроку:

навчальна:

• сформувати  поняття про звукові та світлові фізичні явища, про їх практичне застосування в житті людини;
• розширити знання школярів про світлові явища,зокрема про джерела світла та значення світлових явищ для організмів;
• сформувати уявлення про особливості поширення світла та його сприйняття людиною.

розвивальна:

• розвивати вміння логічно мислити, робити висновки, розвивати  навички самостійної роботи з текстом.

виховна:

• виховувати пізнавальний інтерес до природничих наук.

Обладнання: підручник, дидактичні картки, малюнки природних і штучних джерел світла, склянка з водою, ложка, дзеркало, ліхтарик, лінійка.

Тип уроку: комбінований

Хід уроку

І. Організаційний етап

ІІ. Перевірка знань учнів

Фронтальне опитування.
1. Що таке явища природи?
2. Які явища природи ви знаєте?
3. Що ми розуміємо під поняттям механічні явища?
4. Що ми розуміємо під поняттям теплові явища?
5. Які види теплових явищ вам відомі?
6. Чим відрізняється кипіння від випаровування?
7. Від чого залежить випаровування води?
8. Чим вимірюють температуру води?
9. Які види термометрів ви знаєте?
10. Чим відрізняється спиртовий термометр від ртутного?
11. Як змінюється агрегатний стан речовини при плавленні?
12. Як змінюється агрегатний стан речовини при кипінні ?
13. Як змінюється агрегатний стан речовини при конденсації?
14. Чому навесні коли тане сніг однаково холодно?
15. Чому потіють вікна?
 

Завдання
Із запропонованих явищ виберіть :
              І варіант Теплові                                    ІІ варіант Механічні.
1. Подих вітру.
2. Кипіння води.
3. Утворення снігу взимку
4. Падіння каміння.
5. Рух метелика.
6. Танення льоду.
 

ІІІ. Мотивація навчальної діяльності 

Сьогодні ми продовжуємо знайомитися з явищами природи і поговоримо про світлові явища.

• Чи можемо ми уявити своє життя без світла?

Його кожний з нас відчуває від самого народження. Світло дає нам можливість бачити все, що існує навколо нас, безпосередньо впливає на життя живих організмів.

• Що таке світло?
• Як поширюється світло у просторі?
• Чому утворюється тінь, веселка?
• Які основні кольори має світловий промінь?
• Чому люди влітку носять переважно світлий одяг?

Світ, у якому живе людина, цікавий і водночас таємничий.

Навколо нас від­бувається багато дивовижного.

• Про які явища йде мова?

(Гра на бандурі, шелест листя дерев, дзижчання крилець джмеля)

• Як виникає і поширюється звук?

На ці та інші питання ми зможемо знайти відповіді сьогодні на уроці.

Щоб усвідомлювати, чому саме так відбувається в природі, а не інакше, необхідні певні знання. Ці знання не лише задовольняють цікавість людини, але й сприяють розвитку людства в цілому.

Отже, починаємо подорож до дивовижного світу явищ.

А для цього ми повинні розглянути матеріал уроку тема якого …
 

ІV. Повідомлення теми та мети уроку

V. Вивчення нового матеріалу

Ми живемо у світі звуків. Це багатий, розмаїтий світ, що безперервно змінюється. Важко уявити своє життя без звуків. Спів птахів, мова людей, шум дерев, дощу, грому, прибій моря, протікання крана, скрип парти чи дверей. Навіть в абсолютній тиші ми чуємо писк комара біля вуха, дзижчання мухи, чи стукіт годинника. Всі ці звуки людина вловлює за допомогою органа слуху – вуха. Без звуків ми не уявляємо свого життя, а ще важче штучно створити середовище, де б панувала абсолютна тиша.
 

• Чому виникає звук

Розглянемо приклади звукових явищ. Гру на бандурі, шелест листя дерев, дзижчання крилець джмеля ми чуємо завдяки тому, що струна бандури, кожен листок дерева, крильця джмеля коливаються. Від них коливання передається частинкам повітря, розташованим найближче до цих тіл, і продовжує поширюватися далі від частинки до частинки. Так виникає і поширюється звук. Тіло, що своїми коливаннями створює звук, є джерелом звуку.

Спостерігати за тим, як утворюється звук, можна за допомогою звичайної лінійки. Один кінець лінійки притисни до столу, а інший нехай вільно звисає. Для того щоб виник звук, натисни на вільний кінець лінійки й відпусти, як це показано на малюнку 1.

Мал. 1. Демонстрування звукового явища

Поширення звуку можна порівняти з поширенням хвилі, що виникає на водній поверхні, якщо кинути у воду камінець. Поширення звукових коливань називають звуковою хвилею. Їх уловлює наше вухо, і ми чуємо звуки: одними звуками ми насолоджуємося, інших прагнемо уникнути.

Звукові явища - явища поширення звукових коливань у повітрі, а також у воді, металах.

Від джерела звуку звук поширюється рівномірно в усі боки, але його поширення сповільнюють, а то й припиняють перешкоди — стіни, шибки вікон, звукоізоляція.

Звук – це коливання фізичних тіл (наприклад, повітря, води, металу), що поширюються в навколишньому середовищі та сприймаються вухом людини та тварин.

Звук — це те, що чує вухо.

Людина дослідила звукові явища. Для підсилення та записування звуку, передавання його на значні відстані створено спеціальні прилади. Завдяки ним ми користуємося радіо, телефоном, магнітофоном.

Спостерігати за тим, як утворюється звук, можна за допомогою звичайної лінійки. Один кінець досить довгої лінійки притиснемо до столу, а інший нехай вільно звисає. Відхиливши вільний кінець лінійки, змусимо її коливатися. Але цих коливань наше вухо не сприймає. Вкоротимо кінець лінійки, який виступає за край стола й лінійка почне «звучати». Це відбувається тому, що стальна лінійка стискає шар повітря, що прилягає до одного з її боків, і одночасно розріджує з іншого. Ці стиснення і розрідження чергуються в часі у будь-якому середовищі (газах, рідинах, твердих тілах). Вони спричиняють коливання середовища, що й створює звук.

• Як поширюється звукова хвиля

Звукові хвилі в середовищі створюються завжди тілом, яке коливається. Тіло, що своїми коливаннями створює звук, є джерелом звуку. Поширення звукових коливань називається звуковою хвилею.

У світі існує два джерела звуку: природні (звуки природи), штучні (механічні інструменти, звукозаписувальні пристрої, виробничі й транспортні шуми).

Необхідною умовою для передавання звуку від коливного тіла до приймача (зокрема, до нашого вуха) є існування пружного середовища між вібратором і приймачем. Найчастіше звукові хвилі досягають наших вух повітрям. Проте вони можуть поширюватися і в інших речовинах.

Повітря не має якихось особливих переваг порівняно з іншими речовинами в розумінні можливості поширення в ньому звукових хвиль. Удари двох камінців один об одного аквалангіст може чути, перебуваючи під водою, оскільки коливання передаються до вуха водою. Якщо прикласти вухо до землі, то можна почути наближення потяга або автомобіля. В цьому випадку земля не впливає безпосередньо на ваші барабанні перетинки. Однак хвилю, яка поширюється в землі, називають звуковою хвилею, оскільки її коливання приводять до коливань повітря в зовнішньому вусі.

Наприклад, коливання мембрани телефону створює у прилеглому шарі повітря послідовні згущення і розрідження, які поширюються у всі боки. Хвилі розходяться від приймальної частини трубки колами. Поширення звукової хвилі можна порівняти з поширенням хвилі, що виникає на водній поверхні, якщо кинути у воду камінець. Якщо на воді вільно плаває поплавок, проходить час й хвилі, що виникають, поширюючись, дійшовши до поплавка, змушують його коливатись. Так само поширюється звукова хвиля у повітрі, а вухо, як і поплавок на воді, відчуває її.

Під час вивчення звукових явищ дуже часто як джерелом звуку користуються камертоном – приладом, який слугує еталоном висоту звуку при настоюванні музичних інструментів та у хоровому співі. Якщо по камертону вдарити м’яким молоточком або провести смичком, то камертон зазвучить. Коливання його можна записати.

Швидкість звуку

Звукові хвилі поширюються у навколишньому середовищі з певною швидкістю. Тобто на поширення звукових коливань від джерела потрібен певний час. Наприклад, під час грози можна помітити, що спершу видно спалах блискавки, а лише потому удари грому. Якщо гроза далеко, то запізнення грому досягає кількох секунд. Спочатку видно спалах від пострілу, а через певний час чути й звук. Те саме можна помітити, спостерігаючи з великої відстані гру у волейбол чи вибивання килима. Ви бачите удар по м'ячу чи килиму, а звук від удару дійде через певний час. І чим далі від нас міститься джерело звуку (мисливець, грозовий розряд, волейболіст тощо), тим більше часу минає між моментом виникнення звуку і його сприйманням нами.

Джерело звуку – це тіло, що своїми коливаннями створює звук.

Якщо відстані до джерела звуку в кілька кілометрів, то це запізнення може становити 10 і навіть більше секунд. Ці та інші факти вказують на те, що звук поширюється не миттєво і що швидкість поширення його значно менша за швидкість поширення світла (300 000 км/с).

Поширення звукових хвиль у різних середовищах відбувається з неоднаковою швидкістю. За допомогою дослідів було виявлено, що в повітря при температурі 0°С швидкість звуку становить 332 м/с. У воді з температурі 0°С цей показник становить приблизно 1485 м/с.

Прийом «Дивуй»

Чому люди, які хотіли почути стукіт копит кінного війська, прикладали вухо до землі, а не прислухались до нього в повітрі? Тому що в твердому середовищі звук має більшу швидкість, ніж в газоподібному.

Так, у воді звук поширюється зі швидкістю 1500 м/. У твердих тілах швидкість звуку ще більша, ніж у рідинах. У деяких металах швидкість сягає кількох тисяч метрів за секунду: зокрема, у свинці – 1300 м/с, у міді – 4560 м/с, у сталі – 5100 м/с, у залізі—5850 м/с, а в алюмінії при температурі 20°С дорівнює 6260 м/с.

А в повітрі — 344 м/с.

Цікаво, що крізь гуму звук проходить зі швидкість лише 54 м/с, крізь корок – 500 м/с, цегляну стіну – 3480 м/с, граніт – 3950 м/с, дерево – 4000 м/с, а скло 5000 м/с.

Багато тварин сприймають ультразвукові частоти. Наприклад, шимпанзе можуть чути звуки до 33000 Гц, кури – до 38000 Гц, коники – до 90000 Гц, собаки – до 50000-100000Гц, а кажани – до 100000-175000 Гц.

Ультразвукові хвилі мають безліч застосувань у медицині для діагностики та лікування органів людського організму, а також в інших галузях науки й техніки (навігація, підводний зв’язок, зварювання). Учені встановили, що найпростіші живі істоти швидко гинуть під дією ультразвуків. Цю властивість використовують для стерилізації води, молока та інших харчових продуктів. Ультразвуки спричиняють також параліч і загибель холоднокровних тварин – риб, жаб.

Ультразвук використовують в ехолотах – приладах для вимірювання глибини озер, морів, океанів або глибини занурення будь-яких тіл. За ехолотом визначають час між поданням звукового сигналу та прийомом від нього відлуння. Так одержують шлях, що пройшов звук, тобто відстань до дна. Ехолот вперше застосували у 1927 році на німецькому судні «Метеор» для промірів глибин у Південній Атлантиці.

Звук не може поширюватися за відсутності речовини. Якби ми потрапили на Місяць, то нічого б не почули, бо на ньому немає повітря – середовища, в якому поширюється звук. Тому космонавт на Місяці, де немає атмосфери, не почує ні потужного гулу реактивних двигунів, ні виверження вулкана. Перебуваючи на Місяці, космонавти спілкувалися один з одним за допомогою радіо.

Погано проводять звук такі матеріали, як повсть (войлок), скловата, пористі панелі, пресований корок і т. д. Ці матеріали використовують для звукоізоляції, тобто для захисту приміщень від сторонніх звуків.

Яке значення має звук у природі та житті людини?

           Для тварин: спілкуватися між собою, попереджати про небезпеку, полювати, визначати предмети, що знаходяться поруч.
           Для людини: спілкуватись між собою, отримувати інформацію, слухати музику, спів птахів, орієнтуватися в просторі.

Прийом «Дивуй»

Так, гучність звуку шелесту листя або звук наручного годинника становить 10 дБ, шепоту – 20 дБ, звуку настінного годинника – 30 дБ, тиха розмова – 40 дБ, тиха вулиця – 50 дБ, звичайна розмова – 60 дБ, вуличного шуму – 70 дБ. Небезпечним для здоров’я людини є звук у 80 дБ. Шум гучністю 130 дБ відчувається шкірою і викликає больові відчуття. У ковальському цеху гучність звуку становить 100 дБ, гучна музика – 110 дБ, сирена – 130 дБ, звук реактивний літака – 150 дБ. Смертельним рівнем для людини є 180 дБ, а шумова зброя має гучність 200 дБ.

Найбільш «гучними» у світі тваринами є кити. Вони можуть створювати звуки, які чути в океанських водах на сотні кілометрів.

Голос людини – це коливання її голосових зв’язок. У дітей голосові зв'язки коливаються з більшою частотою, ніж у дорослих, тому дитячі голоси вищі. Є люди, які вміють вдало змінювати частоту коливань своїх голосових зв’язок. Так, актори це роблять з великим успіхом. Змінюючи частоту коливань своїх голосових зв’язок, вони розмовляють різними голосами.

Світло — це один з видів випромінювання. Ми постійно перебуваємо серед різних випромінювань, але око людини здатне реагувати лише на одне — світло.

• Як вигадаєте, звідки береться світло?

Джерелами світла є такі тіла, як: Сонце, зорі, нитка розжарювання в електричній лампочці, багаття, свічка тощо. Джерела світла, як ви знаєте, бувають природні та штучні.

Зміни, які пов’язані з випромінюванням, сприйняттям та поширенням світла називають світловими явищами.

До світлових явищ належать: випромінювання світла, поширення світла, його відбивання, поглинання, заломлення світла, розклад білого світла на кольори.

Світло випромінюється джерелом світла і поширюється прямолінійно в усі боки, вздовж прямих ліній — променів, подібно до сонця.

Якщо на шляху променів поставити якийсь предмет, то за ним утвориться тінь, бо світло не може проникнути через непрозорий предмет. Якщо тіло прозоре, то виникає тоді напівтінь.

Тінь - частина простору за непрозорим предметом, куди не проникає світло.

Якщо джерело світла спрямувати на дзеркало, світло зустріне на своєму шляху тіло з гладенькою поверхнею (дзеркало) і відіб’ється від нього. Відбиті промені досягнуть наших очей, і ми побачимо це джерело світла. (наприклад, влітку сонячні зайчики). Найкраще відбивають світло білі тіла і дзеркала.

До світлових явищ належить заломлення світла. Заломлення – це зміна напрямку світлового променя. Заломлення світла можна спостерігати при зміні середовища. Так наприклад, переходячи з повітря у воду.

Майже всі предмети ми бачимо завдяки відбиванню та заломленню світла. Тому вони мають такий неоднаковий вигляд удень і вночі.

Шлях світлового променя закінчується тоді, коли світло повністю поглинається, потрапивши на поверхню, яка не пропускає його, не відбиває та не розсіює світло).

Сонячне світло має білий колір, але світ навколо має різні кольори.

Виявляється, що біле світло є досить складним.

• Який склад має сонячне світло?

В 1667 році англійський учений Ісаак Ньютон здійснив ряд дослідів, що дали змогу визначити склад білого світла. На шляху сонячного променя він поставив прозору скляну призму. Промінь пройшов крізь неї, а на протилежній стіні з’явилась різнокольорова смужка — спектр — зображення смуг червоного, оранжевого, жовтого, зеленого, блакитного, синього і фіолетового кольорів.     

Отже, білий колір сонячного світла — суміш цих кольорів.

• Який склад кольорів має веселка?
• Чому веселка утворюється після дощу?

Коли закінчується дощ і виходить сонечко, у повітрі ще є невеликі краплі води, які і розкладають сонячні промені подібно до призми, яку використав І. Ньютон.

• Який склад кольорів має веселка? (Веселка має також сім кольорів).

• Чому кожен предмет має свій колір?

Предмети мають той колір, який вони відбивають із семи кольорів білого світла, а інші поглинають. Наприклад, червоний одяг відбиває червоний колір, поглинаючи інші. Відбитий колір потрапляє до наших очей, і ми бачимо одяг червоним. Ми бачимо тіла завдяки відбиванню та заломленню світла — випромінювання, яке сприймає око людини.

Світло сприймають тіла, чутливі до світла.

Такими є:

• фотоплівка та фотопапір на яких виникає зображення предметів від яких відбивається світло.
• сонячні батареї. Під дією світлових променів виникає електричний струм, який використовують для живлення різних електроприладів, мікрокалькуляторів, ліхтариків, тощо.
• Очі людини. Світлові промені спричиняють виникнення нервових подразнень в очах, які передаються в мозок людини, і людина сприймає навколишні предмети. Проте, очі людини дуже вразливі, тому їх треба берегти.

Яким чином нам слід берегти зір? (Не читати в транспорті, дивитись телевізор на відстані не менше 5 м, працювати за комп'ютерами із захисними екранами не більше 2-х годин, виконувати вправи для очей тощо).

Приймачем світла є вся жива природа. Зелене листя багатьох рослин пристосоване до вбирання сонячного світла. Наприклад, у плюща листки завжди повернуті до світла. Рослини, що ростуть у густому лісі, мають листя більших розмірів, ніж ті, що ростуть на відкритих і сонячних ділянках.

У листках рослин під дією світла з вуглекислого газу, що міститься в повітрі, та води, яку рослина вбирає з ґрунту, утворюються поживні речовини. При цьому рослини виділяють у навколишнє, середовище кисень.

Завдяки світлу тварини «орієнтуються» в навколишньому середовищі. Гострота зору в різних тварин різна. Так, очі птахів містять більше світлочутливих елементів порівняно з іншими живими істотами. Орли мають гостроту зору значно вищу, ніж горобці. Око орла можна порівняти із телескопом, а око горобця — тільки зі збільшуваним склом.

Значення світла для тварин

Стосовно світла тварини поділяються на денних і нічних. У процесі еволюції тварини виробили різні пристосування для сприйняття світла. В евглени зеленої це – світлочутливе червоне вічко. У постійного жителя ґрунту – дощового черв’яка – світлочутливі клітини містяться в шкірі, у тварин і комах утворилися спеціальні органи зору – очі. Прозорими перетинками (повіками) покриті очі риб. Риби бачать на близькій відстані, розрізняючи форму та колір предметів. Очі птахів захищені трьома мигальними елементами, як і в плазунів. Особливе положення очей дозволяє птахам бачити майже весь простір. Таким чином, розвиток органів зору залежать від умов життя тварин. Світло регулює процеси життєдіяльності тварин. Наприклад, у птахів тривалість світлового дня запускає складний механізм розмноження.

Світло тваринам потрібне для пошуку їжі, води, сховища, умов для розмноження, для того, щоб вчасно помітити своїх ворогів і сховатися від них. Здатність до орієнтування в просторі за допомогою Сонця властива багатьом тваринам. Під час далеких перельотів птахи знаходять дорогу за Сонцем і зорями. Наприклад, бджоли, знайшовши джерело взятку, «розповідають» про його розташування за допомогою танцю. Бджола-розвідниця описує фігуру у вигляді вісімки, яка має певну орієнтацію на Сонце і на місце розташування взятку.

При зменшенні сонячного світла зменшується кількість їжі для тварин. Тому частина з них переміщується в інші краї (відлітають птахи), частина залягає в сплячку (ведмідь), частина наближається до людських помешкань в пошуках їжі (сороки).

Прийом «Дивуй»

Є тварини, здатні змінювати забарвлення свого хутра залежно від того, як змінюється навколишнє середовище. Так, узимку сріблясто-білий горностай на фоні білого снігу непомітний. З настанням весни сніг починає танути, і поступово змінюється забарвлення тварини. Кожної весни біле забарвлення горностая змінюється на руде, дуже схоже на відталу землю.

Зміна забарвлення хамелеона та деяких інших ящірок залежить від того, як змінюється температура, вологість, освітлення середовища. Світло оливковий колір мадагаскарського деревного гекона з підвищенням температури стає зеленим.

Значення світла для людини

З допомогою зору людина одержує близько 90% інформації про зовнішній світ. Із зором і світлом пов’язана виробнича та побутова діяльність людини.

Людське око завдяки явищам відбивання та заломлення світла здатне бачити предмети та розрізняти близько ста тисяч відтінків кольорів. Кольори впливають на нервову систему людини заспокоюючи її (синій, голубий, зелений), чи навпаки збуджуючи (червоний). Зелений колір сприяє нормальному наповненню кровоносних судин і поліпшує роботу всіх органів чуття. Під дією світла у шкірі людини утворюється вітамін D, який сприяє нормальному засвоєнню хімічних елементів натрію, кальцію та магнію, які є обов’язковими частинами кісткової, м’язової тканин.

Чому світлячки світяться?

Сімейство земних жуків, яке налічує більше 2000 видів, ведуть нічний спосіб життя та віддають перевагу тропічному та субтропічному клімату – Lampyridae, ми ж звикли називати їх світлячки. Але за рахунок чого ці жучки світяться в темряві?

Звичайно світіння відбувається за рахунок хімічного процесу біолюмінісценції в тілі світлячка. Різні види, відрізняються між собою ліхтариками, у одних вони розміщені по всьому тілі, у інших тільки в хвості.

Для того щоб спілкуватись та захищатися, світляки використовують світло. Мало того, вони навіть можуть керувати ним, або подавати його як спалах на фотоапараті, або просто миготливий сигнал.

Саме світло, яке видають жуки зветься холодним, справа в тому, що енергія на 90% це світло і тільки на 10% тепло. До прикладу звичайна лампочка видає 95% тепла, і тільки 5% світла.

VI. Закріплення нових знань

1. Що таке світло? Які джерела світла ви знаєте?

2. Які світлові явища ви знаєте?

3. Чому влітку в людей переважає одяг світлих тонів?

4. 3 яких кольорів складається спектр?

5. Чому ми бачимо світ різнобарвним?

6. А що таке звук?

7.Що таке джерело звуку?

8.Які ви знаєте джерела звуку?

9.Чи завжди ми можемо чути звук?

10.В якому середовищі звуки не розповсюджуються?

11.Які бувають звуки залежно  від частоти коливань?

VII. Підсумок уроку

• Що нового дізналися на сьогоднішньому  уроці?
• Чому навчилися?
• Що вам найбільше сподобалось на уроці?
   

VIII. Домашнє завдання

Опрацювати текст підручника §13