Герасименко Володимир Михайлович
викладач фізики
ВНКЗ «Білгород-Дністровське педагогічне училище»
Одеської області
(м. Білгород-Дністровський)
ТЕМА: Звукові хвилі. Швидкість звуку та висота тону.
Інфра- та ультразвуки.
Мета: Ознайомити студентів зі звуковими явищами; дати поняття звукової хвилі і ввести її основні характеристики – швидкість, висота та гучність, пояснити які звуки сприймає людина. Розвивати мислення та інтерес студентів до набуття фізичних знань; продовжити формування переконань у пізнаваності природи й використанні набутих знань для практичних потреб людини. Виховувати любов до музики.
Тип заняття: комбінований з використанням ІКТ.
Хід заняття
Організаційний момент
II. Актуалізація опорних знань та вмінь студентів
Комп’ютерне тестування за допомогою програми AD Tester з теми «Механічні коливання». (1підгрупа)
Тести на паперових носіях(2 підгрупа)
Мотивація навчальної діяльності студентів
Усі студенти кладуть голови на руки та заплющують очі. Звучить музика.
На Землі немає, напевне, людини, яка б не любила музику. Музика супроводжує людину протягом усього життя: весела і сумна, ритмічна і повільна.
Презентація «Звукові хвилі»
Саме про звук ми й поговоримо Тема «Звукові хвилі. Швидкість звуку та висота тону. Інфра- та ультразвуки.» (слайд 1)
ІІІ. Вивчення нового матеріалу
Фото джерел звуку (слайд 2)
Ми живемо у світі звуків. Цей світ необхідний нам для нормального розвитку й існування. Звуки, які ми чуємо, повідомляють про те, що відбувається навколо нас, навіть якщо ми не бачимо джерела звуку. Наприклад, ми чуємо телефонний дзвінок, гуркіт автомобілів або шум дощу.
Фото музичних інструментів (слайд 3)
Нас оточує багато предметів, здатних видавати звуки, наприклад, музичні інструменти:
скрипка, гітара, баян, домра, флейта, сопілка та інші.
Що об’єднує всі ці тіла? Так, це джерела звуку.
Дослід:
Скористаємося фізичним приладом, що називають камертоном. Повільно присунемо камертон, що звучить, до тенісної кульки, що висить на нитці. Як тільки вони зіткнуться, кулька відразу ж, начебто від сильного поштовху, відскочить убік. Так відбувається саме через часті коливання ніжок камертона.
Висновок: джерелами звуків є тіла, що коливаються.
(слайд 4) гіперпосилання на відео з дослідом
Під скляним ковпаком помістили на поролоновій подушці годинник-будильник. Викачують повітря з-під ковпака.
Чутно, що звук, який видає будильник, стає дедалі тихішим, і, нарешті, взагалі перестаємо чути звук.
Який висновок: для поширення звуку необхідне середовище.
Середовище може бути різним: повітря, вода, скло, земля. Головне, щоб середовище, у якому поширюється звук, має бути пружнім під час зміни форми або об’єму.
(слайд 5) схема вуха
Приймачем звуку є вухо.Наше вухо сприймає у вигляді звуку коливання, частота яких лежить у межах від 16 до 20 000 Гц. Отже,
механічні хвилі,з частотою від 20 до 20000 Гц, що викликають у людини відчуття звуку, називаються звуковими. Оскільки при цьому звукові хвилі поширюються в повітрі, то ці хвилі поздовжні.
Зазначені границі звукового діапазону умовні, тому що залежать від віку людей й індивідуальних особливостей їх слухового апарата. Зазвичай верхня частотна границя звуків, що сприймаються, з віком значно знижується — деякі люди похилого віку можуть чути звуки із частотами, що не перевищують 6000 Гц.
Вухо є природним приймачем звуку, однак створені й штучні приймачі звуку. Найбільш широко використовуються різні мікрофони. Вони перетворюють звукові коливання на коливання електричного струму, завдяки чому з’явилася можливість записувати звук і передавати його на великі відстані.
4. Характеристики звуку
Звук, створюваний одним джерелом, відрізняється від звуку, створюваного іншим. Наприклад, кожна зі струн гітари видає звук, що відрізняється від звуку, який видається іншими струнами.
Дві, здавалося б, зовсім однакові скрипки можуть звучати по-різному. При цьому звук скрипки не можна сплутати зі звуком гобоя, звук барабана — зі звуком тромбона. Ті самі звуки, створені різними людьми, відрізняються одне від одного.
Все це свідчить про необхідність увести характеристики, за допомогою яких можна було б оцінювати випромінювання й сприйняття звуку.
Швидкість звуку
Звук поширюється не миттєво і швидкість поширення його значно менша за швидкість поширення світла (300 000 км/с).
(слайд 6) Приклад з історії та літератури:
Дмитро Донський перед Куликовською битвою прикладав вухо до землі. Навіщо? (швидкість поширення звуку у землі більша, ніж у повітрі, тому він почув тупіт копит супротивника раніше, ніж побачив кінноту)
(слайд 7) таблиця
Подивіться на таблицю . У середовищі якого агрегатного стану звук поширюється найшвидше? Як це пояснити? (у твердому)
Поширення звукових хвиль у різних середовищах відбувається з неоднаковою швидкістю. За допомогою дослідів було виявлено, що в повітря при температурі 0оС швидкість звуку становить 332 м/с. У воді з температурі 0оС цей показник становить приблизно 1485 м/с. 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, а в алюмінії при температурі 20°С дорівнює . 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.
Гучність звуку
гучність звуку визначається амплітудою коливань тіла, що звучить.
Звичайно, чим більше амплітуда звукових коливань, тим звук здається більш голосним, але гучність для звуків різних частот буде різною. Людське вухо погано сприймає звуки низьких частот (близько 20 Гц) і високих (близько 20 кгц) частот і значно краще — звуки середніх частот (від 300 Гц до 3000 Гц). Це пояснюється будовою органів слуху людини.
Висота звуку
(слайд 8) фото комара і джмеля
Якщо спеціальним гумовим молоточком ударити по «ніжках» камертона, то він буде видавати звук, що називається музичним тоном.
Ми добре знаємо, що звук буває високий і низький. Як відомо, бас співає низьким голосом, а тенор — високим. Від якої ж характеристики звукової хвилі залежить висота звуку? Досліди показують, що
висота звуку визначається частотою звукової хвилі: чим більше частота хвилі, тим звук вищий.
Частота звукових коливань, створюваних музичними інструментами, може змінюватися від 20 до 4000 Гц.
Писк комара відповідає 500–600 змахам його крилець за секунду, дзижчання джмеля — 220 змахам. Коливання голосових зв’язок співаків можуть створювати звуки в діапазоні від 80 до 1400 Гц, хоча в експерименті фіксувалися рекордно низька (44 Гц) і висока (2350 Гц) частоти.
У телефоні для відтворення людського мовлення використається область частот від 300 до 2000 Гц.
Тембр звуку
(слайд 9) з гіперпосиланням до файлу з піснею
Ви впізнали хто співає?
Звуки однакової висоти й гучності, створювані різними музичними інструментами, звучать по-різному, навіть та сама нота, узята різними співаками, звучить по-різному.
Особлива якість звуку — його забарвлення, характерне для кожного голосу або музичного інструменту,— називають тембром. Тембр пов’язаний зі специфічними властивостями джерела звуку.
Від чого ж залежить тембр звуку? Виявляється, що будь-яке джерело звуку (за незначних винятків, наприклад, камертона) здійснює складні несинусоїдальні коливання. Їх можна спостерігати за допомогою осцилографа. Якщо підключити мікрофон і проспівати яку-небудь мелодію, то на екрані осцилографа з’явиться не синусоїда, а складніша крива.
Несинусоїдальне коливання може бути представлене у вигляді суми гармонічних коливань із різними частотами. Коливання з найменшою частотою називається основним тоном, а коливання з більш високою частотою називається обертоном, або гармонікою.
Тембр звуку визначає його забарвлення. Він визначається наявністю й інтенсивністю обертонів — частот, кратних основній.
(слайд 10) фото співаків
Саме завдяки тембру звуки різних музичних інструментів мають різне звучання. Чим більше обертонів, тим «насиченіше», гарніше звук. Чарівний сріблистий відтінок голосів гарних співаків обумовлений саме високими обертонами.
5. Відбиття звуку
Звук, поширюючись у якому-небудь середовищі, доходить до перешкоди й майже повністю відбивається. У цьому можна переконатися на багатьох дослідах.
У лісі, горах, іноді в приміщеннях нам доводилося чути луну.
Луна — результат відбиття звуку: звукові хвилі відбиваються від різних перешкод, навіть від хмар.
Іноді можна почути навіть багаторазову луну — результат декількох відбиттів.
Ці й інші досліди з механічними хвилями дозволяють сформулювати узагальнення: механічні хвилі будь-якого походження мають здатність відбиватися від границі розділу двох середовищ.
Відбиття звуку відбувається за таким самим законом, що й відбиття світла: кут відбиття дорівнює куту падіння.
Звук, що сприймається або чується вухом людини, має частоти в діапазоні 20–20 000 Гц. Звукові хвилі з нижчими частотами називають інфразвуком, а з вищими — ультразвуком.
Повідомлення 1 студента про інфразвуки.
Повідомлення 2 студента про ультразвуки.
ІV. Закріплення вивченого матеріалу
1. Навчаємося розв’язувати задачі
1. Спостерігаючи здалеку за рухами людини, що працює молотком або сокирою, можна помітити, що звук удару чується не під час удару, а коли людина піднімає руку з молотком. Як це пояснити?
Розв’язок. Через те, що звук рухається зі швидкістю, приблизно в 1 000 000 разів меншою за швидкість світла, удари ми «бачимо» практично миттєво, а звук удару запізнюється.
2. Під час грози шум грому був почутий через 8 с після спалаху блискавки. На якій відстані йде гроза? Швидкість звуку в повітрі вважайте 340 м/с.
1. Чи можна на Землі почути гуркіт від падіння метеорита на Місяці?
2. Чому космонавти, що перебувають у відкритому космосі, не чують одне одного, хоча в їхніх скафандрах є повітря?
3. Чому ми чуємо звук від комара, що летить, а від птаха, що летить, не чуємо?
4. Чому звуки з однаковою амплітудою, але з різними частотами людина сприймає як звуки різної гучності?
5. Якщо блискавка вдарила неподалік від вас, чутний різкий однократний удар грому, а якщо блискавка була далеко, чутно тривалий гуркіт грому. Чому?
На чому заснована дія рупора?
Для чого смичок перед грою натирають каніфоллю?
На відкритому просторі музика, спів, промова оратора звучать менш голосно, ніж у закритому просторі. Чому?
Яку спільну властивість мають всі джерела звуку?
На скрипці й на флейті відтворюють ту саму ноту. Чи однакові частоти звуків, що видають ці інструменти? Чим відрізняються ці звуки, якщо їхня гучність однакова?
VІ. Домашнє завдання
§ 24, 25 (за підручником Л.С.Жданова)
Придумайте й проведіть дослід, який доводить, що тіло, яке створює звуки, коливається. Опишіть хід цього досліду й свої спостереження.