Конспект урока «Звук: ПРИРОДА, ВОСПРИЯТИЕ, ПЕРЕДАЧА» по физике для 9 класса

Интегрированный урок – конференция по теме 9класс

« Звук: ПРИРОДА, ВОСПРИЯТИЕ, ПЕРЕДАЧА»

Тип урока-обобщающий

Вид урока-конференция

На этом уроке развиваются коммуникативные, личностные качества учащихся

Оборудование.

Таблица « Орган слуха « , модель « Орган слуха « , слайды

« Источник звука « , « Приемник слуха « , « Шумы « , « Диапазоны слышимости « ;

кодоскоп и кодограммы, диапроектор;

видеофильм « Планеты Солнечной системы»;

камертон, камертон с резонаторным ящиком, генератор звуковой частоты, штатив с шариком, микрофон, осциллограф, запись « Аппассионаты»

Бетховена ), магнитофон ( « запись с планеты Земля. « )

Все направления современной науки тесно связаны между собой, так что и школьные учебные предметы не могут быть изолированы друг от друга. Поэтому и возникла идея проведения интегрированного урока по теме « Звук : природа, восприятие, передача» , где для понимания физических явлений используются знания учащихся об органе слуха, полученные в курсе биологии.

Для усиления эмоционального воздействия урок можно провести в виде отчета « космической экспедиции», предложив ученикам сыграть роли гуманоидов, придумав костюмы.

1 – й урок.

Мы ведем из межгалактического центра.

Приветствую вас, жители планет! Сегодня мы собрались выслушать отчет возвратившейся экспедиции, которая была послана с целью изучения одной из планет Солнечной системы – Земли. Почему экспедиция была послана именно туда? Нашими службами межпланетных связей были зарегистрированы сигналы, идущие с этой планеты, а службой космического слежения был перехвачен корабль « Вояджер», на борту которого найден золотой диск, содержащий различную информацию: положение Солнечной системы относительно звезд, изображения гуманоидов, записи звуков и шумов.

Наша экспедиция была послана с целью обследований и изучения третьей планеты Солнечной системы. Чтобы не привлекать внимания землян, наш космический корабль совершил посадку на естественном спутнике планеты – Луне. Это – мир без красок и без звуков. И мы были приятно удивлены Землей. Это – голубая планета ( слайд ).

Форма – эллипсоид вращения, средний радиус 6400 км , масса 6 * 10 ( 24 ) кг. Самое главное, что на Земле есть жизнь, разумная жизнь, это мир красок, звуков.

Мы привезли записи ( включается магнитофон: голоса, пение птиц, лай собак, шум транспорта, приятная музыка. ) Экспедиция привезла большой материал , который сейчас изучается. Сегодня мы остановимся только на одной вопросе: « Звук: его природа, способы приема и передача».

Передаю слово астрофизикам, моим коллегам.

Гуманоид живет в мире звуков: пение птиц, звуки музыки, шум леса. Что же является источником звука? Проведем опыт с целью показать, что источником звука являются колеблющиеся тела. Собираем установку: подключаем громкоговоритель к генератору звуковой частоты, подносим к диффузору громкоговорителя шарик для игры в настольный теннис, подвешенный на нити, наблюдаем, как он отскакивает. Почему отскакивает шарик? Его толкает диффузор, при этом мы слышим звук. Меняем частоту сигнала от генератора и видим, что частота отскоков изменилась. Рассмотрим механизм распространения звука. Посмотрите на плакат. Колеблющийся поршень – диффузор, толкая молекулы воздуха, создает области сгущения и разрежения, следовательно, звук в воздухе – продольная волна. Что является проводником звука?

Проведем опыт ( Демонстрируется опыт наглядно)

Делаем вывод: для распространения звука нужна упругая среда, например воздух.

На Луне, к слову, нет атмосферы, там нет и звуков, это мир безмолвия. Звук может распространяться в жидкой и твердой средах ( Высвечивается на слайде таблица « Скорость звука в различных средах»). Из таблицы видно, что в твердых телах скорость распространения звуковых волн больше, чем в жидкостях, а в жидкостях больше, чем в газах. Поэтому под водой хорошо слышны шумы гребных винтов, удары камней и проч. Звук движущегося поезда можно услышать значительно раньше, если приложить ухо к рельсам.

С Земли мы привезли прибор – камертон. Это устройство, представляющее собой изогнутый металлический стержень на ножке. Если ударить по ней молоточком, то слышен слабый звук. Для его усиления ножку укрепляют на деревянном ящике, подобранном так, чтобы частота его собственных колебаний была равна частоте звука камертона. Благодаря резонансу стнеки ящика начинают заметно колебаться с частотой камертона, и звук становится громче. Ящик так и называется: резонатор.

Что же такое резонанс? Это явление резкого возрастания амплитуды колебаний, когда их собственная частота совпадает с частотой вынуждающей силы. Пояснить резонанс можно, например, и так: представьте себе собаку, откликающуюся на имя Гектор. Собака лежит под столом. Вы зовете ее: « Шарик, Бобик, Рекс….» Она отзывается.

А при имени Гектор собака подает голос.

Итак:

Источником звука являются колеблющиеся тела;

Звук распространяется в упругой среде;

Громкость звука можно увеличить, используя резонатор.

Аналогом звукового генератора (источника переменного тока) у гуманоидов является головной мозг. Он посылает нервные импульсы к голосовому аппарату – громкоговорителю, - где функцию диффузора выполняют голосовые связки.

Голосовые связки расположены между хрящами гортани и представляют собой слизистые складки (обьяснение идет по плакату.)

Пространство между голосовыми связками называют голосовой щелью. Когда земляне молчат, голосовые связки расходятся и голосовая щель принимает вид равнобедренного треугольника. При разговоре, пении голосовые связки смыкаются. Под давлением выдыхаемого воздуха они начинают колебаться – рождается звук. При шепоте они смыкаются, но не полностью.

Высота голоса связана с длиной голосовых связок. Чем они короче, тем больше частота их колебаний и тем выше голос. У гуманоидов женского пола голосовые связки короче, чем у мужских особей, поэтому женский голос выше. Голосовые связки могут совершать от 80 до 10.000 колебаний в секунду. Окончательное формирование звуковой речи происходит в полостях глотки, носоглотки, рта и носа – это своеобразные резонаторные полости.

Голосом люди могут передавать чувства и настроение: радость и гнев, нежность и угрозу, насмешку и ласку.

( Перерыв.)

Корреспондент берет интервью у участников совещания.

- Почему не всякого колеблющееся в воздухе тело излучает звуки?

- Почему телеграфные столбы гудят при ветре?

- Зачем при проверке колес вагонов во время стоянки поезда их простукивают молоточком?

Отчет продолжает астрофизик.

Астрофизик. Мы выяснили, что источником звука является колеблющееся тело, он распространяется в упругой среде. А теперь выясним механизм восприятия звука. Приемником звука может быть микрофон ( обьясняет устройство микрофона по слайду, )

Преобразуемая микрофоном энергия очень мала, поэтому электрические сигналы слабы, их необходимо усиливать.

График зависимости силы тока от времени выглядит следующим образом ( демонстрируется кодограмма, )

Итак, микрофон преобразует механические звуковые колебания в электрические. Подсоединим микрофон к осциллографу и произнесем разные звуки, например « А, бэ, вэ…. « Каждому звуку соответствует своя кривая на экране. А теперь соберем установку по рисунку.

Поднесем, микрофон к громкоговорителю и с помощью звукового генератора будем менять частоту сигнала. Мы видим, что меняется и вид осциллограммы: с уменьшением частоты звука увеличивается период, и наоборот. Следовательно, Т= 1\ v, или v= 1\ Т, как и для любой волны.

Аналогичные процессы происходят и в приемнике звука человека.

А сейчас я приглашаю своего коллегу – космобиолога.

Рассмотрим, как устроен источник звука у землян ( Слайд «Строение уха»)

Космобиолог (обьяснение идет по слайду). Приемником звука у землян является слуховой аппарат, или орган слуха, принцип действия которого такой же, как и у микрофона. Не касаясь физиологии, остановлюсь лишь на строении слухового анализатора. Орган слуха у землян состоит их трех отделов: наружного, среднего, внутреннего уха. Наружное ухо представлено ушной раковиной, наружным слуховым проходом и барабанной перепонкой. Его функция – улавливание звука и его передача. Среднее ухо представлено полостью обьемом 1 – 2 см ( 3 ), заполненной воздухом. В этой полости имеются три подвижно соединенные друг с другом косточки – молоточек, наковальня и стремечко, причем молоточек соединен с барабанной перепонкой, а стремечко через овальное окошко – с внутренним ухом. Среднее ухо через евстахиеву трубу соединяется с носоглоткой. Это своеобразный предохранительный клапан.

При перепадах давление (подьем и посадка самолете, погружение и подьем подводной лодки ) рекомендуется открыть рот и совершать глотательные движения, так как при этом открывается евстахиева труба и давление на барабанную перепонку уменьшается.

Внутреннее ухо находится в толще височной кости, где расположен костный лабиринт, внутри которого находится перепончатый лабиринт. Внутреннее ухо заполнено жидкостью. Оно представлено тремя полукружными каналами (это вестибулярный аппарат, он не имеет отношения к органу слуха ) и улиткой – своеобразным спиральным каналом. Посередине этого канала натянута мембрана, а поперек мембраны – волокна (наподобие лестницы ). На этих волокнах, расположены цилиндрические эпителиальные клетки, которые образуют кортиев орган, - на них – то и оканчивается чувствительные волокна слухового нерва (рецепторы ). Здесь происходит преобразование звуковой энергии в энергию нервных импульсов, которые по слуховому нерву проходят в слуховой центр, находящийся в височной доле коры Б.П.Г.М. Но о механизме восприятия и передачи звуковых волн сейчас расскажет мой коллега астрофизиолог.

Астрофизиолог. Звуковые колебания воздуха вызывают колебания барабанной перепонки, выполняющей роль мембраны микрофона, и через слуховые косточки в усиленном виде передаются к внутреннему уху, где вызывают колебания жидкости, заполняющей канал улитки. При этом начинают колебаться волокна основной мембраны и клетки кортиева органа, аналогичные угольному порошку в микрофоне. При каждом подьеме они волосками упираются в покровную мембрану, волоски при этом сгибаются, мембранный потенциал уменьшается, и в нервных волокнах возникает возбуждение. Звуки разной частоты воспринимаются соответственно разными клетками улитки, так что она напоминает тысячеструнную арфу. Если открыть крышку фортепиано, осторожно нажать на клавишу (так, чтобы звука не было ) и пропеть эту ноту голосом, то соответствующая струна отзовется вследствие резонанса. Примерно так же отвечают на звук волокна улитки. Далее по слуховому нерву (как по проводам ) нервные импульсы передаются в слуховой центр височной доли, как в опыте у астрофизиков – на осциллограф

(При рассказе астрофизиолог проводит аналогию устройства микрофона и слухового аппарата, используя слайд « Орган слуха «, « Микрофон « ).

Микрофон - Осциллограф Слуховой аппарат - Мозг

Головной мозг постоянно обрабатывает поступающие импульсы, в результате чего у землян создаются звуковые ощущения.

(Перерыв.)

Корреспондент берет интервью у участников совещания.

- Как вы считаете, будут ли восприниматься звуковые волны из окружающей среды гуманоидами, если повреждена какая – либо часть слухового анализатора?

- Каким образом происходит у землян передача звуковых колебаний из окружающей среды к слуховым рецепторам?

- Частота колебаний крыльев колибри равна 35 – 50 Гц. Будет ли слышен полет колибри?

- Когда прислушиваются к отдаленному шуму, то по невольно открывают рот. Почему?

- Два человека пытаются услышать шум приближающегося поезда. Один из них приложил ухо к рельсам, другой нет. Кто из них раньше узнает о приближении поезда и почему?

Председатель. Спасибо. Продолжаем нашу работу.

Рассмотрим вопрос « Экология звука «. Слово предоставляется двум астроэкологам.

Первый астроэколог. На приемник звука землян отрицательное влияние оказывает шум. Шум – это звук любого рода, воспринимаемый гуманоидами как неприятный, мешающий или даже вызывающий болезненные ощущения. Шумы создаются нерегулярными колебаниями, которые характерны для свиста, треска, шипения, дребезжания (рассказ сопровождается шумовым озвучиванием). В крупных городах свыше 60% гуманоидов жалуются на чрезмерный шум, который непосредственно действует на их звуковой приемник – орган слуха. Под постоянными, резкими ударами звуковых волн барабанная перепонка колеблется с большой амплитудой. Из-за этого она постепенно теряет свою эластичность, слух притупляется. Помимо этого через орган слуха шум действует также на Ц.Н.С. и может вызвать разнообразные нарушения – физиологические (учащенное сердцебиение, повышение давления) и психические (ослабление внимания, нервозность). Длительное воздействие шума является одним из факторов, способствующих развитию язвы, усилению предрасположенности к инфекционным заболеваниям. Следствием этого является сокращение жизни гуманоидов. Но земляне прекрасно понимают, что шум – во многом дело рук человеческих, поэтому они могут и должны снижать его уровень, чтобы сохранить нормальную психику.

Второй астроэколог. Как правило, шум раздражает: мешает работать, отдыхать, думать. Но шум может действовать и успокаивающе. Такое влияние на человека оказывает, например, шелест листьев, рокот морского прибоя. Нередко шум несет важную информацию. Авто- или мотогонщик внимательно прислушивается к звукам, которые издают мотор, шасси, другие части движущегося механизма, ведь любой посторонний шум может быть предвестником аварии. Шум играет существенную роль в акустике, медицине и других областях. Проблема шума возникла очень давно. В давние времена стук колес по булыжной мостовой вызывал у многих бессонницу. А может быть, проблема возникла еще раньше, когда соседи по пещере начинали ссориться из-за того, что один из них стучал, делая каменный нож или топор? Шумовое загрязнение окружающей среды все время растет. Если в 1948г. при обследовании жителей крупных городов на вопрос, беспокоит ли шум, когда вы находитесь в квартире, утвердительно ответили 23% опрошенных, то в 1961г.- уже 50%. В последнее же десятилетие уровень шума в городах вырос еще в 10-15 раз. Шум - один из видов звука, правда, его часто называют нежелательным звуком. Человек слышит звук, когда частота колебаний лежит в пределах 16-20000Гц. Звук с частотой ниже 16Гц называют инфразвуком, выше 20000Гц – до 10(9)Гц – ультразвуком, в диапазоне 10(9) – 10(13)Гц – гиперзвуком.

При распространении звуковой волны, состоящей из сгущений и разрежений воздуха давление на барабанную перепонку меняется. Это давление измеряют в Н/м(2) (т.е паскалях, Па), а мощность(или интенсивность) звука – в Вт/м(2). Минимальный звук, который человек ощущает, называют порогом слышимости. У разных людей он различен. Условно за порог слышимости принято звуковое давление, равное 2 * 10(-5)Н/м(2) при частоте 1000Гц ( мощность 10(-12)Вт/м(2). Именно с этими величинами сравнивают измеряемый звук. Например, мощность звука при взлёте реактивного самолета равна 10 Вт/м(2), т.е. превышает пороговую в 10(13) раз. Оперировать такими большими числами неудобно. О звуках различной громкости говорят, что один громче другого не во столько – то раз, а на столько – то единиц. Единица бел названа по имени изобретателя телефона А.Белла (1847-1922). Наглядное представление о том, как связаны между собой мощность звука, звуковое давление и уровень громкости,

даёт таблица.

Мощность, Вт/м(2)

Восприятие звука зависит не только от его давления (мощности), но и от частоты. Один и тот же по мощности звук на разных частотах воспринимается как разный по громкости. С возрастом верхняя граница восприятия звука понижается до 6000 Гц. Пожилые люди не слышат, например, писка комара, треска сверчка, которые издают звуки с частотой около 20000 Гц. Некоторые люди не слышат звука высокой частоты и в молодости. Известный английский физик Д. Тиндаль так описывает одну из своих прогулок с товарищем: «Луга по обеим сторонам дороги кишели насекомыми, которые наполняли мой слух своим резким жужжанием, но мой друг ничего этого не слышал – музыка насекомых была вне границ его слуха». Рассмотрим таблицу «Шум», на ней представлены различные источники шума. Звуки в пределах от 0 до 80 дБ приятны для восприятия и отрицательных эмоций не вызывают. При громкости более 80 дБ шум вредно влияет на здоровье: повышает кровяное давление, нарушается ритм сердцебиения. Продолжительное воздействие интенсивного шума ведет к глухоте. Очень сильный звук выше 180 дБ в состоянии даже вызвать разрыв барабанной перепонки. С шумом необходимо бороться. Умение соблюдать тишину – показатель культуры человека и его доброго отношения к окружающим. Тишина нужна землянам так же, как солнце и свежий воздух.

Астропсихолог. Подводя итог нашей конференции, мне хотелось сказать несколько слов о том, что при некоторых формах глухоты, когда слуховой нерв не повреждён, звук проходит через кости. Такие глухие могут танцевать, воспринимая ритм музыки через колебание пола. Известно, что великий композитор Людвиг Ван Бетховен, будучи глухим, слушал музыку с помощью трости, одним концом которой он опирался на рояль, а другой держал в зубах. А сейчас мне хотелось бы предложить вашему вниманию произведения этого композитора, которое называется «Аппассионата». Он сочинил её, будучи уже совершенно глухим. Вслушайтесь в звуки этой музыки, Мне кажется, что композитор хотел сказать: «Возможности человека настолько беспредельны, что даже тяжелый недуг не помеха. Человек постоянно, изо дня день, должен стремиться к вершинам мастерства, к совершенству».

Корреспондент. Заканчивается наш репортаж с конференции «Звук: природа, восприятие, передача». Люди живут в мире звуков. Звук – механическая волна. Человеческое ухо воспринимает звуковые волны только в диапазоне от 16 до 20000Гц. Человеческие органы слуха и звука очень сложно устроены, процессы восприятия звука до конца ещё не изучены. Но чтобы понять, сравнить, а потом сделать выводы, нужно овладеть основами знаний. Зная эти основы, ты можешь творить и открывать новое, ведь белых пятен в науке ещё так много!...