Звук. Характеристики звука. Эхо

Открытый урок по физике в 9 классе.
Звук. Характеристики звука. Эхо.
Цель урока: Ввести понятие звуковых волн. Рассмотреть особенности их возникновения и распространения, характеристики звука, влияние шума на организм человека, взаимодействие звуковых волн с веществом, явление реверберации.
Задачи урока:
 Образовательная: систематизировать и углубить знания учащихся о механических волнах; формирование знаний о физических (амплитуда, период, частота) и физиологических (высота, громкость, тембр) характеристиках звука.Воспитательная: продолжить формирование познавательного интереса к физике и позитивного отношения к учёбе; воспитание бережного отношения к здоровью. 
Развивающая: формировать умение обобщать, сравнивать, анализировать и самостоятельно делать выводы; развивать умение работать с текстом учебник; создание условий для расширения кругозора учащихся.
 
Тип урока: урок изучения нового материала
Оборудование: компьютер, проектор, презентация, камертоны, одноразовые стаканчики, пластмассовая бутылка, нитки, свеча Ход урока.
Организационный момент
Проверка домашнего задания. (физдиктант)
Расстояние между двумя, ближайшими частицами в волне, колеблющимися одинаково и имеющими одинаковые отклонения от положения равновесия. (длина волны)
Волна, в которой направление колебаний совпадает с направлением их распространения (продольная)
Процесс распространения колебаний в пространстве (волновое движение)
Волна, в которой направление колебаний перпендикулярно к направлению их распространения (поперечная)
На сколько сместится поплавок удочки относительно своего положения в воде за время, равное одному периоду при прохождении волны длиной 1м. (не сместится, волна не переносит вещество)
Новая тема.
Механические волны с частотой колебаний от 16 до 20000 Гц вызывают у человека звуковые ощущения. Поэтому такие волны называются звуковыми, или акустическими.
Волны с частотами более 20000 Гц называются ультразвуками, с частотами меньше 16 Гц – инфразвуками. Эти волны не воспринимаются человеческим ухом.
Причиной всех звуков являются колебания тел, хотя обычно такие колебания не заметны. В этом нетрудно убедится, например, слегка прикоснувшись пальцем к струне звучащей домбры. Если прижать руку сильнее, то исчезнет и звук, так как прекратится колебание источника звука.
Для распространения звука между источником и приемником звука необходима какая-нибудь среда, обладающая упругими свойствами. В безвоздушном пространстве, где отсутствуют частицы вещества, которые могли бы передавать колебания, звуковые волны не распространяются. Чаще всего звуковые волны передаются по воздуху. Тогда возникает вопрос: как они образуются?
Приложив ладонь к своей гортани, мы, произнеся какой-либо гласный звук, почувствуем слабые толчки. Это объясняется тем, что звуковые колебания, создаваемые нашими голосовыми связками, толкают частицы среды в направлении своего распространения и таким образом создают в этом месте сжатие воздуха, которое затем сменяется разрежением. Распространяются такие сжатия и разрежения вдоль линии колебаний голосовых связок.
Итак, звуковые волны, распространяющиеся в воздухе, представляют собой продольную упругую волну, в которой частицы среды колеблются вдоль ее распространения.
Звук передается во всех средах. Однако скорость его распространения больше в тех средах, в которых частицы вещества сильнее связаны друг с другом, так как при деформации среды возникают большие силы упругости.
В таблице 5 дана скорость распространения звука в различных средах.
Из истории открытия скорости звука. Скорость звука в воздухе впервые была определена в 1708 году английским ученым Уильямом Деремом. В двух пунктах, расстояние между которыми было известно, стреляли из пушек. В обоих пунктах измеряли промежутки времени между появлением огня при выстреле и моментом, когда слышался звук выстрела. Скорость звука в воздухе 340 м/с.
Для характеристики звука вводятся специальные физические величины, связанные с нашим восприятием звука: громкость, высота тона, тембр.
Чтобы выяснить, от чего зависит громкость звука, в качестве его источника воспользуемся камертоном. Камертон представляет собой дугообразный металлический стержень на ножке, с помощью которого можно получить музыкальный звук. Камертон был изобретен в 1711 году придворным трубачом английской королевы Елизаветы Джоном Шаром.
Музыкальными звуками называются звуки, издаваемые камертоном или другими гармонически колеблющимися телами.
Ударив молоточком по одной из ветвей камертона, мы услышим определенный звук. Чем сильнее удар молоточка по камертону, тем громче он звучит, и его ветви колеблются со значительной амплитудой. Слабый удар по камертону вызывает колебания малой амплитуды, следовательно, мы услышим слабый звук. Значит, громкость звука определяется амплитудой колебаний звучащего тела.
Белл – единица измерения силы звука. Такое название в честь изобретателя телефона, Александра Белла. А вот на практике используют десятую долю бела – децибел. Для человеческого слуха максимальный порог силы звука – это интенсивность в 120 – 130 децибел. При этом возникает боль в ушах.
Если вы любите слушать громко музыку в наушниках, то знайте: это сильно нагружает нервы в мозге, а так же в слуховой системе. Из-за этого возникают такие проблемы, как ухудшение способности различать звуки. Это проблематично еще и по тому, что человек даже не догадывается о том, что у него ухудшается слух.
Листья на ветру издают шум, равняющийся 30 децибелам. Громкая речь – до 70 децибел, музыкальный оркестр создает шум в 80 децибел, а вот реактивный двигатель способен издать звук, равняющийся от 120 до 140 децибел.
Если человек глухой, это еще не значит, что он не слышит. К тому же это не означает, что у человека не может быть «музыкального слуха». Например, знаменитый композитор Бетховен был глухим. Творил он следующим образов: к роялю приставлял конец трости, а другой конец зажимал в зубах. Такой звук вполне способен дойти до внутреннего уха, которое у композитора было абсолютно здоровым.
Высота тона определяется частотой колебаний, т.е. чем больше частота колебаний, тем выше тон.
Звуки человеческого голоса по высоте тона делят на несколько диапазонов: бас (80-150 Гц), баритон (110-149 Гц), тенор (130-520 Гц), дискант (260-1050 Гц), колоратурное сопрано (до 1400 Гц).Тембр – это качество звука, которое придает индивидуальную окраску голосу человека или звучанию инструмента.
Именно по тембру голоса мы узнаем знакомого человека, не видя его, или различаем музыкальные инструменты по их звучанию.
Ранее шла речь о резонансе в механических колебаниях. Такое явление имеет место и в звуковых колебаниях. (Опыт с камертонами). Возникает акустический резонанс.
Отражение звука. Эхо.
Вы уже знаете, что звуковые волны распространяются во всех направлениях. Распространяясь в разные стороны, они могут встретить на своем пути какую-нибудь преграду и отразится от нее. Результатом отражения звука от преграды является эхо.
Название «эхо» связано с древнегреческой нимфой Эхо, которая была безответно влюблена в Нарцисса. От тоски она высохла и окаменела, от неё остался лишь голос, способный повторять окончания слов.
Эхо мы можем слышать, если расстояние до преграды не меньше 11 м.
Длинные волны лучше огибают преграды, чем короткие. Иначе говоря, низкие звуки обладают лучшей дифракцией. Когда группа поющих людей сворачивает за угол, сначала перестают быть слышными высокие голоса.
Отражаются лучше короткие волны. Поэтому звуки эха обычно выше, чем источника.
Ухо Дионисия это высеченный в скалах у Сиракуз и похожий на человеческое ухо гигантский грот, где эхо достигает такой силы, что шорох разорванного у входа бумажного листа отдаётся из глубины пушечным выстрелом.
Эхо – это звуковая волна, отраженная какой-либо преградой и возвратившаяся в то же место, откуда она начала распространятся. Звук, отразившись от препятствия, приходит обратно к наблюдателю с соответствующей задержкой. Отраженный звук мы услышим только тогда, когда звуковые волны проходят двойное расстояние – от источника к преграде и обратно. Расстояние, которое проходит звук до преграды, можно найти по формуле s=vt2Звук, отразившись от близко расположенных преград, соединяется с первоначальным звуком и усиливает его. Поэтому звуки внутри помещения бывают более громкими, чем снаружи. В просторном полупустом зале слова людей становятся непонятными, речь звучит гулко. Отраженные от стен, стульев звуки приходят к слушателям неодновременно. Звук воспринимается дольше, чем он издавался.
Увеличение длительности звука, вызванное его отражением от различных препятствий, называется реверберацией.
Помещения с плотной обивкой стен, мягкой мебелью, коврами, а также наполненные людьми хорошо поглощают звук, и поэтому реверберация в них незначительна. Вместе с тем нельзя сильно уменьшать время реверберации. При этом звук быстро затухает, недостаточны его громкость и четкость. Певцы и музыканты хорошо знают, что в небольших помещениях с большим количеством мягкой мебели петь или играть на каком-либо инструменте крайне неудобно.
Сообщения учащихся про применение ультразвука
Простые опыты со звуком.
1. Поющий бокал. Мокрой подушечкой указательного пальца провести по торцу тонкого стакана, заполненного жидкостью, и стакан «запоет».
2. Проследи, как распространяется звук.
Опыт проводится с пластиковой бутылкой, у которой срезана нижняя часть и закрыта куском пакета или пленки, прикрепленного с помощью резинки. Если кончиками пальцев стукнуть по пленке, то пламя свечи около горлышка бутылки погаснет.
3. «Говорящая веревочка».
Этот опыт показывает, что твердые тела могут проводить звук.
В двух пластиковых стаканчиках делаются небольшие отверстия в донышках. Концы бечевки пропускаются в эти отверстия, и завязываются узелки. Два человека натягивают бечевку потуже, один приставляет стаканчик к уху, другой говорит что-нибудь шепотом, а участники эксперимента меняются ролями.
Интересное о звуках
Благодаря хорошей проводимости земли работают сейсмические станции, Дмитрий Донской перед Куликовской битвой, приложив ухо к земле, услышал топот копыт татаро-монгольской конницы, когда она ещё не была видна.
Во время концерта Пола Макартни в Венеции в 1979 году от рёва динамиков рухнул деревянный мост, во время выступления ансамбля Пинк Флойд в Шотландии начал разрушаться каменный мост. Когда тот же ансамбль давал концерт на природе, в близлежащем озере сдохла вся рыба. А фестиваль панк-групп в Нидерландах тамошняя сейсмическая служба приняла за землетрясение.
Возьмите наручные часы, которые тикают, зажмите их зубами и при этом закройте уши. Вы услышите, насколько сильнее и громче станет тиканье часов.
Ниагара (водопад) производит такой шум, который можно сравнить с шумом фабричного цеха – 90 -100 децибел.
Гранит проводит через себя звук в десять раз лучше, чем это делает воздух.
В Книге Рекордов Гиннеса зафиксирован интересный случай: школьница 14 лет, жительница Шотландии, на соревнованиях оказалась способной перекричать взлетающий самолет «Боинг».
Закрепление:
Что мы называем звуком?
Каков диапазон частот звуков, воспринимаемых человеческим ухом?
Перечислите характеристики звука.
Почему ящик, на котором устанавливается камертон, называют резонатором?
Домашнее задание: §31-35