asyan.org
добавить свой файл
1
Тема уроку: Звукові хвилі

Мета уроку: сформувати в учнів поняття про звукові хвилі; ознайомити учнів з основними характеристиками звукових хвиль – швидкістю, висотою, тембром і гучністю, навчити використовувати отримані знання у повсякденному житті; вказати на роль знань з фізики в музиці; розвивати винахідливість, логічне мислення, увагу; виховувати любов до фізики як науки та почуття власної безпеки.

Тип уроку: комбінований урок

Завдання уроку: з’ясувати фізичну природу звукових хвиль та особливості їх поширення у різних середовищах; дослідити від яких параметрів коливань залежать основні характеристики звукових хвиль; вчити дітей аналізувати і оцінювати умови навколишнього середовища для запобігання небезпеці здоров’ю.

Знання і вміння, що формуються на уроці : означення звукових хвиль, поняття їх основних характеристик; вміння визначати швидкість звукової хвилі, розв’язуючи задачі; розрізняння (класифікація) людських голосів.

Обладнання: презентація уроку, камертон з молоточком, музичний супровід, мультимедійний проектор, комп’ютер,відеофрагменти та анімації з теми, дидактичний матеріал (різнорівневі картки) на партах в учнівських довідничках додаткові таблиці,:

А) швидкість звуку в газах; Б) швидкість звуку в рідинах; В) сила і тиск звуку .

Демонстрації (відеофрагменти): 1) повздовжні коливання № 01.09.11.02;

2) поперечні коливання № 01.09.10.01;

3) можливі наслідки резонансу № 01.09.09.02;

4) створення звукових хвиль та демонстрація їх поширення за допомогою камертонів (відео + наочність) № 01.09.15.02;

5) властивості людського вуха № 01.09.19.01;

6) демонстрація звукових хвиль за допомогою осцилографа, дослідження залежності гучності та висоти тону від частоти № 01.09.17.02, 01.09.17.03; Міжпредметні зв’язки: математика, інформатика, біологія, безпека життєдіяльності.

Хід уроку

Етап

Час хв.

Зміст етапу уроку

Види діяльності та основні орієнтири вивчення теми

I

1

Організаційна частина

Привітання, перевірка готовності до уроку, виявлення відсутніх

II

2

Мотивація навчального процесу

Повідомлення теми, мети і плану уроку, повідомлення про необхідність ознайомлення з новим матеріалом (Проблема: Чому ми здатні чути шелест листя за вікном, але не чуємо коливання маятника, що знаходиться поруч?)

ІІІ

6

Перевірка знань учнів

І «Термінологічна хвилинка»

(робота в парах: по двоє учнів біля дошки демонструють свої знання фізичних величин з даного розділу фізики (їх позначення, одиниці вимірювання в СІ) та формул, що їх визначають:

  1. Частота коливань, довжина хвилі;

  2. Період коливань, швидкість хвилі.


ІІ «ЩО? ЧОМУ? І ЯК?»

(учні дають усні відповіді на запитання різної складності)

  1. Що називають хвилею?

  2. Які хвилі називають поперечними? Наведіть приклади.

  3. Чим відрізняються поперечні і повздовжні хвилі? Наведіть приклади повздовжніх хвиль.

  4. Дайте означення довжині, частоті і швидкості хвилі, як вони пов’язані?

  5. Перегляньте відеофрагменти і прокоментуйте побачене (демонстрація поперечних і повздовжніх хвиль)

ІV

3

Актуалізація опорних знань

Бесіда викладача й учнів про:

види коливань (вільні і вимушені),

явище резонансу (та його можливі наслідки),

процес виникнення хвилі, і наведення прикладів механічних коливань різних тіл (і тих, що утворюють звук, і тих, що – ні)

V

15

Вивчення нового матеріалу

  1. Звукові хвилі

  2. Швидкість звуку

  3. Висота звуку

  4. Тембр звуку

  5. Гучність звуку

VI

10

Первинне застосування отриманих знань

Письмова робота за індивідуальними картками (рівневими)

VII

4

Узагальнення і систематизація отриманих знань

Усні відповіді на запитання:

  1. Поперечними чи повздовжніми є коливання в звукових хвилях у повітрі? У воді? У твердому тілі?

  2. Чим відрізняються музичні звуки і шуми?

  3. Яка з характеристик звуку залежить від сили удару по камертону молоточком?

  4. У чому полягає фізична природа звуку?

VIII

2

Підбиття підсумків

Заключне слово вчителя (про досягнення мети та очікуваних результатів), оцінювання діяльності учнів на уроці

IX

2

Домашнє завдання

1.Конспект

2.На вибір:

дослідження «Які музичні інструменти найбільше подобаються моїм одноліткам?»

повідомлення «Вплив різних звуків на людський організм»

задачі 1. Визначте швидкість звуку в воді, якщо джерело звуку, яке коливається з періодом 0,002 с, збуджує у воді хвилі, довжина яких становить 2,9 м.

2. Спостерігач почув звук артилерійського пострілу через 6 с після того, як побачив спалах. На якій відстані від нього знаходилася гармата?

V. Викладення нового матеріалу

1. Звукові хвилі.

Звукові явища виникають у результаті механічних коливань різних тіл. Однак далеко не всі коливання утворюють звук. Наприклад, маятник не викликає звукових коливань, хоча його амплітуда може бути достатньо високою, - вона не є основною умовою для виникнення звукової хвилі.

Звукові хвилі – це хвилі, частоти яких лежать у діапазоні від 20 Гц до 20 кГц

Саме такі коливання ми сприймаємо як звук. Звукові хвилі в повітрі – це повздовжні хвилі, тобто розрідження і стискання повітря, що чергуються. Породжуються звукові хвилі яким-небудь тілом, що коливається (голосовими зв’язками, мембраною динаміка, музичними інструментами та ін.).

Вухо людини сприймає у вигляді звуку коливання,частоти яких лежать у межах від 16-20 Гц до 20 кГц. Такі коливання називаються акустичними. Розділ фізики, який вивчає способи збудження звукових хвиль, їх поширення та взаємодію з середовищем, називають акустикою.

2. Швидкість звуку.

Звукові хвилі, як і всі інші хвилі, поширюються з кінцевою швидкістю, яка називається швидкістю звуку, тобто на поширення коливань від джерела потрібен певний час.

Швидкість звуку в різних середовищах відрізняється в десятки разів. Наприклад, швидкість звуку в повітрі – близько 330 – 340 м/с; різниця значень пов’язана з тим, що ця швидкість трохи збільшується з підвищенням температури. У воді швидкість звуку становить приблизно 1500 м/с, а в сталі – 5000 – 6000 м/с.

Коливання середовища під час проходження хвилі є вимушеними. А частота вимушених коливань, як відомо, дорівнює частоті зовнішньої сили. Отже, частота звукових коливань завжди дорівнює частоті коливань тіла, яке є джерелом звуку. А оскільки частота хвилі й довжина хвилі пов’язані співвідношенням λ = ѵ/ν, то під час переходу звукової хвилі з одного середовища до іншого змінюється довжина хвилі. Наприклад, під час переходу до середовища, в якому швидкість звуку більша, довжина звукової хвилі збільшується.

3. Висота звуку.

Звуки, які можна видобути за допомогою камертона або інших тіл, які гармонічно коливаються, називаються музичними.

Різниця між музичними звуками і шумами різного походження полягає в тому, що шумам не відповідає певна частота коливань. Це суміш звуків із найрізноманітнішими частотами, що безладно чергуються.

Як відомо, людина, яка має бас, співає низьким голосом, тенор – високим. Від якої ж зі складових характеристики звукової хвилі залежить висота звуку? Досліди показують, що висота звуку визначається частотою звукової хвилі : чим більша частота хвилі, тим звук вищий.

Наприклад, писк комара відповідає 500-600 змахам 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 й рекордно низька (44 Гц) та висока (2350 Гц) частоти.

У телефоні для відтворення людської мови застосовується область частот у діапазоні від 300 до 2000 Гц.

Діапазон частот, який відповідає голосу співака

Голос

Частота, Гц

Бас

80 - 400

Баритон

110 – 400

Тенор

150 – 500

Контральто

200 – 700

Колоратурне сопрано

250 - 1400

4. Тембр звуку.

Звучання однієї й тієї самої ноти у виконанні різних музичних інструментів або голосу відрізняє тембр. Саме за ним ми впізнаємо голос людини та розрізняємо інструменти, що ведуть одну й ту саму мелодію в одній тональності й з однаковою гучністю.

Від чого ж залежить тембр звуку? Виявляється, що будь-яке джерело звуку (за невеликим винятком, наприклад камертон) 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 більш складна крива.

Несинусоїдальне коливання може бути подане у вигляді суми гармонічних коливань з різними частотами. Коливання з найменшою частотою називається основним тоном, а коливання з більш високою частотою – обертоном, або гармонікою.

Тембр характеризується наявністю й інтенсивністю обертонів (частот, кратних основній) і визначає забарвленість звуку.

Чаруючий сріблястий відтінок гарних голосів співаків досягається саме завдяки високим обертонам.

Так само завдяки тембру звуки різних музичних інструментів мають різне звучання. Чим більше обертонів, тим більш насичений, красивий добувається звук.

  1. Гучність звуку.

Змінюючи силу удару по камертону молоточком, ми чуємо звуки, що різняться за гучністю. Чим сильніше ми вдаряємо, тим більшою стає амплітуда коливань ніжок камертона. Коли збільшується амплітуда коливань тіла, яке звучить, збільшується й амплітуда коливань у звуковій хвилі. Отже, гучність звук визначається, в основному, амплітудою звукової хвилі.

Однак гучність, яка сприймається вухом, залежить ще й від частоти звукової хвилі, оскільки вухо біль чутливе до одних частот і менш чутливе – до інших. Наприклад, ультразвук навіть великої амплітуди людина не почує.

Мінімальна зміна тиску, що може фіксуватися людським вухом, визначає поріг чутності. Максимальна зміна тиску, яку ще здатна фіксувати людина, визначає больовий поріг.

Одиницею вимірювання гучності є децибел (дБ). У наведеній в презентації таблиці зазначена приблизна гучність звуку різних джерел.

Гучність, яка дорівнює 120 - дБ, називається больовим порогом – коли досягається цей рівень, виникають больові відчуття. А якщо вплив такого звуку є тривалим, то стається непоправне погіршення слуху: людина вже ніколи не зможе почути шурхоту листя.

Тому я застерігаю вас від прослуховування звуків великої гучності. Якщо це зумовлено умовами праці (робота на станках, верстатах та ін.), рекомендую користуватися спеціальними навушниками. З тієї ж причини не можна викрикувати голосно над вухом. Бережіть своє здоров’я і здоров’я оточуючих.

ЛІРИЧНЕ ЗАВЕРШЕННЯ УРОКУ

Вчитель зачитує вірш Лесі Поліщук (Людмила Сіра):

Не злякайте звуків! Тихо! Помовчіть!
Чуєте, музика? Музика звучить.
Музика у вітрі, музика у морі,
Музика у сонці І у срібних зорях.
Музика у квітах, музика в душі,
Музика у віршах проліском звучить

Багаторівневі завдання для різних етапів уроку

Етап

Індивідуально диференційовані групи




низького (початкового) рівня

середнього рівня

достатнього рівня

високого рівня

(обдаровані діти)

ІІІ

Що називають хвилею?


Які хвилі називають поперечними? Наведіть приклади.


Чим відрізняються поперечні і повздовжні хвилі? Наведіть приклади повздовжніх хвиль.


1.Дайте означення довжині, частоті і швидкості хвилі, як вони пов’язані?

2.Перегляньте відеофрагменти і прокоментуйте побачене(демонстрація поперечних і повздовжніх хвиль)

VI

1.Чим визначається висота звуку?

2.Вкажіть діапазон частот звукових хвиль.

3.В якому середовищі звук поширюється швидше: у воді, чи у повітрі?

1.Як змінюються частота й довжина хвилі під час переходу з повітря у воду?

2. Чи сприйматиме людське вухо звук, частота якого дорівнює 18050 Гц? Обґрунтуйте.

3.Визначити довжину звукової хвилі в повітрі, частота якої дорівнює 200 Гц.

1.Чи завжди більш гучному звукові відповідає більша амплітуда звукової хвилі?

2.Для чого басові струни гітар обплітають дротом?

3.Як співвідносяться довжини звукової і інфразвукової хвиль?


1.Звукова хвиля переходить із води у повітря. Довжина хвилі у воді дорівнює 1м. Визначити довжину цієї хвилі у повітрі.

2.Як співвідносяться довжини звукової і ультразвукової хвиль?

3.У чому фізична суть «настроювання» струнних музичних інструментів?

VII

Поперечними чи повздовжніми є коливання в звукових хвилях у повітрі? У воді? У твердому тілі?


Чим відрізняються музичні звуки і шуми?


Яка з характеристик звуку залежить від сили удару по камертону молоточком?


У чому полягає фізична природа звуку?

IX

дослідження «Які музичні інструменти найбільше подобаються моїм одноліткам?»


1. Спостерігач почув звук пострілу через 6 с після того, як побачив спалах. На якій відстані від нього знаходилася гармата?

2. Визначте швидкість звуку в воді, якщо джерело звуку, коливається з періодом 0,002 с і збуджує у воді хвилі, довжиною 2,9м.


повідомлення «Вплив різних звуків на людський організм»



Різнорівневі картки

№1

  1. Вкажіть діапазон частот звукових хвиль.

  2. 2. В якому середовищі звук поширюється швидше: у воді, чи у повітрі?

  3. Чим визначається висота звуку?

№2

  1. Чи сприйматиме людське вухо звук, частота якого дорівнює 18050 Гц? Обґрунтуйте.

  2. Визначити довжину звукової хвилі в повітрі, частота якої дорівнює 200 Гц.

  3. Як змінюються частота й довжина хвилі під час переходу з повітря у воду?

№3

  1. Для чого басові струни гітар обплітають дротом?

  2. 2.Як співвідносяться довжини звукової і інфразвукової хвиль?

  3. Чи завжди більш гучному звукові відповідає більша амплітуда звукової хвилі?




№4

  1. Як співвідносяться довжини звукової і ультразвукової хвиль?

  2. У чому фізична суть «настроювання» струнних музичних інструментів?

  3. Звукова хвиля переходить із води у повітря. Довжина хвилі у воді дорівнює 1м. Визначити довжину цієї хвилі у повітрі.