ЗВУК. ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗВУКА.

Климова Антонида Михайловна, муниципальное казенное общеобразовательное учреждение «Мирненская СОШ», учитель физики, Алтайский край.

Предмет (направленность): физика.

Возраст детей: 9 класс.

Место проведения: класс

Цель урока:

Создать условия для самостоятельного овладения учащимися знаниями

о происхождении, характеристиках и значении звука, особенностях его распространения в различных средах.

Задачи урока:

Образовательные:

формирование представления о звуке и звуковых волнах, роли звука в жизни человека;

вовлечение каждого ученика в активный познавательный процесс; формирование навыков исследовательской деятельности.

Развивающие:

расширение кругозора, развитие интереса к экспериментальной физике, предоставление возможности увидеть практическую пользу знаний;

способствовать развитию экспериментальных умений при выполнении лабораторных экспериментов по группам, формированию навыков логического мышления (умения выстраивать логическую цепочку, анализировать предложенную ситуацию), формированию умения обосновывать свои высказывания, делать выводы.

Воспитательные:

формирование умения организовывать  учебное сотрудничество и совместную деятельность с учителем и сверстниками;

Оборудование, материалы: мультимедийный проектор, компьютер.

Ход урока:

АМО (активный метод обучения) «Очевидное - невероятное»

Цель: инициировать начало урока и сформировать отношение учащихся к различным утверждениям из разряда «Очевидное - невероятное» по теме образовательного занятия.

Необходимые материалы: сложенные в 2 раза половинки листа А4 на которых изображены сигнальные знаки - зеленый восклицательный и красный вопросительный знак. Согнув лист, можно сигнализировать определенным знаком (восклицательный знак – «очевидно»; вопросительный – «невероятно»)

Предварительная подготовка: подготовить сигнальные листы по количеству участников

Технология проведения: Учитель предлагает учащимся малоизвестный им удивительный факт, ответ на который можно получить при работе над новым материалом и организует быстрый обмен мнениями в малых группах (парах), после чего следует знаковый сигнал «Очевидное» или «Невероятное»

Примечание: этот метод мотивирует учебный процесс, формирует у учащихся познавательно-логические действия: выдвигать первоначальную гипотезу, выражать свое мнение.

Учитель:

- Говорят, что стакан может расколоться, если рядом с ним громко пропеть. Очевидно, это или невероятно? Обменяйтесь мнениями относительно данного суждения и сигнализируйте соответствующими знаками: красным вопросом – это невероятно, зеленым восклицательным знаком – вполне вероятно.

Действия учащихся: обмен первоначальной гипотезой в мини-группе и выражение ее мнения соответствующим сигналом.

Еще утверждение:

- Говорят, что можно играть на фортепьяно, даже не прикасаясь к его клавишам. Обсудите и сигнализируйте о вашем решении.

И еще утверждения:

- Говорят, что китайцы употребляют музыкальные произведения вместо таблеток.

Обсудите и сигнализируйте о вашем решении.

- Говорят, что на Гавайских островах, песок лает как собака.

- Д.И. Менделеев утверждал, что «искать же что-либо, хотя бы грибы или какую-нибудь зависимость, нельзя иначе, как смотря и пробуя на деле». Пытаться и пробовать – это главный научный рецепт. Только путем проб и ошибок рождается истинное решение. Попробуем и мы сегодня удивлять и удивляться.

- На демонстрационном столе находятся стакан, расческа, линейка.

Найдите у данных предметов признак их объединяющий. Возможно ли это? (Секунда на совет и заслушиваются мнения учеников. Ученики говорят, что это невозможно).

Мы все-таки попробуем найти объединяющий их признак, но сначала определим тему урока.

Проведем небольшой эксперимент. Я закрою экран черной шторкой, перекрою один канал получения информации. На экране есть 3 фотографии. Подсказки 1,2,3 смогут вам помочь догадаться, что на них изображено. (При обращении к цифре 1 слышен звук колокола, при обращении к цифре 2- пение птиц, при обращении к цифре 3- звук фейерверка. Беседа с учащимися о том, что изображено на фотографиях). Откроем шторку, проверим свои предположения.

Что вам помогло догадаться об изображениях на фотографиях?

Как вы думаете, о чем сегодня пойдет речь? Конечно о звуке.

Мир звуков так многообразен,

Богат, красив, разнообразен,

Но всех нас мучает вопрос

Откуда звуки возникают,

Что слух наш всюду услаждают?

Пора задуматься всерьёз.

Учитель предлагает обучающимся попробовать более четко определить, что они ожидают (хотели бы получить) от обучения и чего опасаются.

АМО «Ожидание снега»

Цель: выявить ожидания и опасения, обучающихся на уроке.

Необходимые материалы: нарисованные картинки - елочка, снежинки, цветные шары (елочные игрушки).

Технология проведения: на доске прикреплена елочка, в которую учащиеся помещают свои ожидания, записанные на цветных шарах и опасения, записанных на снежинках.

Учитель: Моя задача сегодня, а, значит, и мои ожидания – на материале урока научить вас физическому видению звуковых явлений, через изучение свойств и характеристик звука. Но я опасаюсь, что не все активно включатся в совместную работу для приобретения новых знаний.

А каковы ваши ожидания и опасения?

После озвучивания ожиданий и опасений организовано обсуждение и систематизация пожеланий и опасений. В процессе обсуждения возможно уточнение записанных ожиданий и опасений. В завершении метода учитель подводит итоги выяснения ожиданий и опасений. На основании ожиданий и опасений формулируются цели урока.

Учитель:

Сформулируем нашу совместную цель урока по данной теме (заслушиваются предположения учеников, учитель уточняет цель урока).

Приобрести в совместном поиске знания об источниках, характеристиках и значении звука, особенностях его распространения в различных средах, восприятия звуков человеком;

Вернемся к предметам находящимся на столе. Может быть, теперь вы сможете найти сходные признаки. (Учащиеся затрудняются).

Нам необходимо срочно сформировать научно - исследовательскую лабораторию, целью работы которой будут изучение звуковых явлений. Сотрудниками лаборатории будете вы. Для успешного выполнения целей научно-исследовательской лаборатории необходимо создать две исследовательские группы: «Физики теоретики» и «Физики практики»

АМО «Школа эксперимента»

Цель: изучить и кратко в доходчивой форме представить теорию звука:

Участники: все обучающиеся.

Необходимые материалы и оборудование: камертон, металлическая линейка, бусинка на нити, веер, наручные часы ,чаша с водой.

Технология проведения: Перед экспериментальной работой учащиеся повторяют правила техники безопасности, проводят лабораторные наблюдения и свои наблюдения вписывают в таблицу. Затем выступают перед классом.

Примечание: метод развивает умение наблюдать, сравнивать, выделять главное, формирует исследовательские навыки учащихся.

Задания группам:

1 группа: Физики теоретики.

Задача: выяснить, что является источником звуковых волн;

Опыт №1.

Ударьте по одной из ножек камертона молоточком. Аккуратно коснитесь пальцем другой ножки.

Ударьте по одной из ножек камертона молоточком. Поднесите бусину, подвешенную на нити, коснитесь ножки камертона. Результаты занесите в таблицу:

Ударяю молоточком по камертону

Опыт № 2

Возьмите металлическую линейку. Прижмите ее к столу пальцем. Отклоните и отпустите верхний край линейки.

Меняйте длину колеблющейся части. Обращайте внимание, можете ли вы разглядеть колебания линейки, слышите ли вы звук.

колеблется______________

часть линейки

Опыт № 3

Возьмите веер. Используйте его по назначению. Совершаете ли вы колебания?

помахиваю веером

Выберите из двух утверждений верное:

- всякое колеблющееся тело звучит;

- всякое звучащее тело колеблется.

2 группа: Физики практики.

Задача: изучение распространения звука в различных средах.

Опыт № 1

- показать, что звук волна;

Выньте камертон из резонатора. Ударьте по одной из ножек камертона молоточком, опустите неглубоко в воду, не касаясь стенок и дна.

Опускаю камертон в воду

Опыт №2

- изучение распространения звука в различных средах.

Возьмите обычные наручные часы. Вначале держите часы на расстоянии вытянутой руки. Медленно подносите часы к уху до тех пор, пока не услышите первое слабое тиканье. В этом положении измерьте расстояние от часов до уха. Затем прижмите ухо к столу и положите часы на стол на расстоянии вытянутой руки от уха. Послушайте, не будет ли слышно тиканья часов. Если вы услышите тиканье в этом положении, попросите вашего помощника медленно отодвинуть часы подальше, пока тиканье не станет слабым. Если же вы не услышите тиканья часов на расстоянии вытянутой руки, медленно придвигайте к себе часы и найдите положение, в котором они будут слышны. Измерьте расстояние от часов до уха и сравните его с тем расстоянием, на котором вы смогли услышать слабое тиканье часов, прислушиваясь к ним в воздухе. Результаты занесите в таблицу

расстояние от часов до уха.

Выступление групп.

Физики – теоретики:

делают выводы: - всякое звучащее тело колеблется;

Учитель:

Источник звука – колеблющееся тело, частота колебаний которого больше 16 Гц, но меньше 20000Гц. Именно такие колебания воспринимаются ухом человека.

Источниками звука могут быть струны и воздушные столбы музыкальных инструментов, голосовые связки, мембраны телефонов и т.д.;

А можем ли мы слышать звуки, если колебания происходят с частотой за пределами этого диапазона. Колебания с частотой менее 16 Гц называют инфразвуком, более 20000Гц ультразвуком.

Инфразвук – важные волны, которые используют для колебаний поверхности (например, чтобы разрушить какие-нибудь большие объекты). Мы запускаем инфразвук в почву – и почва дробится. Где такое используется? Например, на алмазных приисках, где берут руду, в которых есть алмазные компоненты, и дробят на мелкие частицы, чтобы найти эти алмазные вкрапления.

Давно замечено, многие прибрежные и морские животные точно определяют приближение шторма. Зарождающийся шторм создаёт инфразвуки, их называют "голос моря", животные их хорошо слышат.

Ультразвуковые волны не воспринимаются человеческим ухом, хотя летучие мыши, дельфины и другие живые существа пользуются ультразвуковой эхолокацией для ориентирования в пространстве. Ученые – физики предложили использовать ультразвук для диагностирования различных заболеваний. Успех имеет и ультразвуковая хирургия.

С помощью специальных ультразвуковых инструментов «сваривают» кости, рассекают костные ткани, причем этот метод не дает осколков, ведут операции на плевре легких, бронхах и сосудах. В последнее время ультразвук «пришел» в глазную хирургию. Ультразвуком стерилизуют хирургические инструменты, так как он вызывает гибель вирусов и бактерий.

Огромное применение ультразвук нашел в технике. Много у него самых разнообразных, порой так непохожих друг на друга «профессий».

Он стирает бельё, паяет алюминий, консервирует продукты, окрашивает мех, ищет рыбные косяки, обнаруживает подводные лодки.

Выступление физиков – практиков. Показывают, что звук волна;

Учитель:

Рассмотрим, как образуется звуковая волна.

При колебаниях источника окружающая его упругая среда то сжимается, то разрежается. Эти разрежения и сжатия перемещаются в среде вследствие колебания молекул и распространяются в виде упругой продольной волны. Звуковые волны распространяются в воздухе, достигают человеческого уха и вызывают вынужденные колебания барабанной перепонки. Эти колебания человек воспринимает как звук.

Звуковая волна является продольной волной, поэтому может распространяться в твердых, жидких и газообразных средах.

Заполнение обобщающей таблицы в тетрадях и на плакате

АМО « Белые пятна»

Цель: Получить обратную связь от учеников, представление нового материала, структурирование материала, оживление внимания обучающихся.

Необходимые материалы: Подготовленный лист ватмана, цветные маркеры.

Предварительная подготовка: Приготовить лист ватмана с указанием названия темы в его центре. Остальное пространство листа разделено на сектора, пока не заполненные.

Технология проведения: После рассмотрения материала темы выделяются его ключевые моменты и вписываются в сектора

Примечание: наглядно и в четко структурированном виде представляется весь новый изученный материал. Не заполненные сектора «белые пятна» стимулируют участников на поиск новых знаний по рассматриваемому вопросу.

Варианты проведения метода: На занятии может быть использована интерактивная доска со вставленной картинкой темы урока. Учащиеся вписывают ключевые моменты рассмотренного материала.

Для передачи звука необходимо иметь:

а) источник звука – колеблющееся тело, частота колебаний которого больше 16 Гц, но меньше 20000Гц;

б) распространяется в упругих средах ( газ, жидкость, твердое тело);

в) необходимо иметь приемник звука - слуховой аппарат;

г) продольная волна;

Продолжение выступления физиков – практиков изучение распространения звука в различных средах (результаты эксперимента)

Учитель:

Звуковые волны – это частный случай механических волн, поэтому они распространяются с конечной скоростью. Скорость звука в различных веществах разная. Во всех веществах скорость звука зависит от температуры. Чем выше температура, тем больше скорость звука. Так, при 0º С в воздухе скорость звука 332 м/с, а при 30ºС – 349 м/с. В воздухе скорость звука зависит от влажности. Во влажную погоду скорость звука больше, чем в сухую погоду.

Мысль измерить скорость звука впервые пришла английскому философу Френсису Бэкону в 1630 году. По его совету этим занялся французский ученый Марен Мерсенн. Проводя наблюдения над выстрелами из мушкета он определил, что скорость звука равна 448 м/с.

Спустя полвека английский ученый Исаак Ньютон вычислил скорость звука теоретически, но его результаты были чуть больше половины скорости звука, определенной Мерсенном.

В 1738 году французская Академия наук сделала попытку установить, кто из ученых допустил ошибку. Их результаты оказались отличными от результатов обоих ученых: υзвука ~ 337 м/с.

В 1882 г. группа знаменитых ученых: француз Гей-Люссак, француз Араго, немецкий естествоиспытатель Гумбольдт опять поставили эксперимент по определению υзвука. На сей раз теоретические и практические результаты совпали; кроме того было подтверждено, что скорость звука возрастает с повышением температуры: при 0°С υзвука~ 331,5 м/с; при 20°С υзвука~ 343,1 м/с.

Скорость звука в воздухе зависит также и от атмосферных условий. После уточнений удалось выяснить, что скорость звука в воздухе определяется на сегодняшний день как 340–330 м/с. И еще, оказывается, скорость звука в газах зависит от того, каковы сами эти газы, молекулы этих газов. Чем масса молекул газа меньше, тем скорость звука больше.

Например, в водороде, молекулы – маленькие объекты, маленькие частицы, скорость звука составляет 1284 м/с. В кислороде молекулы этого газа больше, чем молекулы водорода, скорость звука составляет 316 м/с. Скорость звука в воде впервые была измерена в 1826 году на Женевском озере в Швейцарии Колладоном и Штурмом. На одной лодке поджигали порох и одновременно ударяли в колокол, опущенный в воду. Звук этого колокола с помощью специального рупора, так же опущенного в воду, улавливался на другой лодке, которая находилась на расстоянии 14 км от первой. Скорость звука в воде именно в этом эксперименте составила 1440 м/с. Скорость звука в воде при 8 °С составляет 1440 м/с.

Обратите внимание, что в данном случае тоже есть зависимость от температуры воды. Конечно, самая большая скорость распространения звука – это распространение звука в твердых телах. Например, в стали скорость распространения звука составляет 5000 м/с, т.е. 5 км в секунду. В зависимости от того, какая сталь по составу, скорость может изменяться. Она может быть и больше и составлять даже 6000 м/с. В книге «Занимательная физика» есть интересный факт, что Бетховен, оглохнув, слушал игру на рояле, приставив к нему одним концом свою трость, другой конец которой он держал у зубов. Можно сделать следующий вывод о величинах, от которых зависит скорость звука в различных веществах. Во-первых, огромную роль играет плотность вещества. Посмотрим на таблицу и пронаблюдаем, как меняется скорость звука в зависимости от вещества.

Вещество

Второй параметр, определяющий скорость звука в среде – это температура. Об этом мы говорили выше.

Заполнение таблицы. ( Продолжение)

д) скорость звука в газах - 343 м/с, в воде -1483 м/с, в металлах 4700-6100 м/с;

ж) скорость звука зависит от: - температуры; - свойств среды;

з) чем масса молекул газа меньше, тем скорость звука больше.

Учитель:

Огромное количество различных звуков постоянно окружают нас. Что мы слышим в данную минуту? (проигрывается кусочек аппассионаты). Какие звуки вы слышали?

( учащиеся говорят, что музыка была тихой и громкой)

Объективными характеристиками звука являются частота и амплитуда колебаний. Частота определяет высоту тона, а амплитуда – громкость звука. Высота и громкость – это субъективные характеристики звука.

С помощью несложного оборудования, которое есть в нашем распоряжении, предлагаю вам провести исследование и выдвинуть гипотезы – от чего зависит громкость и высота звука. Затем мы проверим ваши гипотезы на более современном оборудовании.

Задания группам.

1 группа: Физики теоретики.

Вам даны: камертон, штатив с бусинкой на нити, молоточек. Выдвиньте версию, от чего зависит громкость звука.

Поднесите бусинку на нити к камертону. Ударьте молоточком по камертону не сильно. Пронаблюдайте, как отклоняется бусинка.

Ударьте молоточком по камертону сильно. Поднесите бусинку на нити .

Пронаблюдайте, как отклоняется бусинка.

Запишите результаты эксперимента согласно предложенному плану.

Продемонстрируйте опыт классу и сделайте выводы о зависимости громкости звука.

2 группа: Физики практики.

Вам даны расчески с редкими и частыми зубьями, линейка. Выдвиньте версию, от чего зависит высота звука

Опыт. Проведите линейкой по расческам. Послушайте звук.

Запишите результаты эксперимента согласно предложенному плану.

Продемонстрируйте опыт классу и сделайте выводы.

После выступления учащихся просматриваются демонстрации:

- зависимость высоты звука от частоты звуковых колебаний.

- зависимость громкости звука от амплитуды звуковых колебаний. ( Электронный образовательный ресурс «Учебные демонстрации по всему курсу физики основной школы», научный редактор А.Э. Генденштейн. Информационно – методический центр «Арсенал образования»)

Перейдем к обсуждению характеристик звука. Первая – это громкость звука. Громкость звука зависит от амплитуды колебаний. Восприятие звука – вещь субъективная, зависит от того, каков слуховой аппарат, каково самочувствие человека. Единица громкости называется децибелом – дб, равная 1/10 бела. Названа в честь изобретателя телефона Александра Грейала Белла, получившего в 1876 году патент на первый практически пригодный телефон.

Еще одна характеристика – высота. Высота звука – характеристика, которая определяется частотой колебаний. Чем больше частота у тела, которое производит колебания, тем звук будет выше. Вновь обратимся к линейке, зажатой в тиски. Если теперь длину линейки сделать меньше, то мы будем слышать звук, но увидеть колебания будет гораздо сложнее. Мы можем сделать длину линейки еще короче, тогда мы услышим звук еще большей высоты (частоты).

Следующая характеристика – тембр звука. Тембром называется окраска звука. Дело в том, что произвольные звуковые колебания довольно сложные. Они состоят из набора отдельных колебаний, говорят спектра колебаний. Самый низкий тон называется основным тоном, а более высокие тона - обертонами. В совместном звучании основной тон и обертоны создают тембр звука, или свою окраску звука. Именно тембр позволяет различать звуки, издаваемые различными инструментами и различать голос одного человека от другого. Тембр - это индивидуальная характеристика звука, она зависит от набора частот, из которых состоит звук.

Добавление в таблицу:

- Громкость звука зависит от амплитуды колебаний

- Высота звука зависит от частоты колебаний источника звука

- Тембр - окраска звука ( она зависит от набора частот, из которых состоит звук). Подведение итогов по обобщающей таблице.

Возвращение к предметам, находящимся на демонстрационном столе: стакан, расческа, линейка.

Найдите у данных предметов признак их объединяющий. Учащиеся отвечают, что все они звучат при колебаниях, являются источниками звука.

Закрепление. Слайды (25 – 30)

1. Что является источником звука?

а) любое тело

б) любое колеблющиеся тело

в) любое колеблющиеся тело с частотой 16Гц - 20кГц

2. Звук – это…

а) продольные волны в упругих средах

б) волны в упругих средах

в) поперечные волны в упругих средах.

3. Скорость звука в газе равна

а) 4700 м/с

б) 1483 м/с

в) 343 м/с.

4. Громкость звука зависит от:

а) частоты колебаний

б) скорости звука

в) амплитуды колебаний.

5. Высота звука зависит от:

а) амплитуды колебаний

б) частоты колебаний

в) скорости звука.

5. Два космонавта находятся в космическом пространстве. Услышат ли они друг друга?

а) услышат, так как голосовые связки издают звук

б) не услышат, так как звуковые волны могут распространяться только в упругой среде.

Объяснение фактов из АМО « Очевидное невероятное».

Если слегка ударить по стеклянному стакану, то слышится звон стекла, вибрирующего собственной частотой. Стакан может расколоться, если рядом с ним громко пропеть эту ноту. Лишь звук, совпадающий с собственной частотой стекла, может создать достаточно сильную вибрацию, чтобы такое случилось.

Можно играть на фортепьяно, даже не прикасаясь к его клавишам. Нужно открыть крышку фортепьяно, нажать на педаль и спеть какую-нибудь ноту. Кончив петь, можно услышать, как из фортепьяно звучит эта же нота. Колебания голоса вызывают вибрацию струн инструмента.

В китайских и японских аптеках теперь можно найти музыкальные диски с весьма оригинальными названиями: «пищеварение», «мигрень», «печень» и т.д. Китайцы употребляют музыкальные произведения вместо таблеток. И хотя выпуск подобных музыкальных альбомов освоили на Востоке, целебные свойства музыки были известны ещё в Древнем Египте, просто эти знания со временем утратились. Медики изучили это явление и доказали: определённые мелодии оказывают благотворительное влияние на организм человека. В США музыкальная терапия стала одним из самых популярных способов лечения. Тебе помогут – при нарушениях сна: «Грустный вальс» Сибелиуса, «Мелодия» Глюка, пьесы Чайковского. От головной боли: «Венгерская рапсодия» Листа, «Фиделио» Бетховена. Снять стресс и успокоиться: «Колыбельная» Брамса, «Аве Мария» Шуберта, мазурки и прелюдии Шопена, «Лунная соната» Бетховена. От гипертонии концерт «ре-минор» для скрипки Баха. Этим методом терапии сегодня пользуется самые известные женщины мира.

В результате движения слоев песка Гавайских островов звучание песка напоминает лай собаки. Это единственные звучащие пески, состоящие не из кварца.

Подведение итогов занятия

Метод рефлексии

АМО « Светофор»

Цель: оценить собственный вклад в работу группы, найти пути улучшения взаимодействия в группе, создать ситуации успеха; отследить соответствие результатов с намеченными ожиданиями в начале урока.

Необходимые материалы: ватман, стикеры красного, желтого и зеленого цвета.

Предварительная подготовка: вырезать листочки круглой формы трех цветов: красные, желтые, зеленые по количеству участников.

Технология проведения: каждый оценивает свой вклад в работу группы: красный – не доволен, сделал не все, что мог; желтый – мог бы лучше; зеленый – сделал все, что в моих силах для успеха группы. Листочки наклеиваются на плакат с изображением светофора, затем идет обсуждение и намечается дальнейшая стратегия для подобных заданий.

Примечание:

Этот метод поможет осуществить полноценный (эмоциональный и содержательный) анализ и оценку образовательного мероприятия, оценку деятельности участников и педагога.

Литература

1. В.А. Волков. Поурочные разработки по физике 9 класс. Москва «Вако», 2004г.

2. А.И. Семке Нестандартные задачи по физике. Ярославль, Академия развития, 2007г.

3. С.А Тихомирова. Мир физики в художественной литературе. М.; Школа- Пресс, 1997г

4. Элекронный курс «Активные методы обучения», http://www.moi-universitet.ru/amo/