Методическая разработка урока по физике «Распространение волн в упругих средах. Звуковые волны»

ГОСУДАРСТВЕННОГО БЮДЖЕТНОГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ «ТОРЕЗСКИЙ ТЕХНИКУМ СТРОИТЕЛЬСТВА, ТЕХНОЛОГИЙ И СЕРВИСА»

Урок по физике в 11 классе по теме «Распространение волн в упругих средах. Звуковые волны»

Тема: Распространение волн в упругих средах. Звуковые волны.

Цели урока:

- выяснить, что является источником звука, определить его характеристики;

- развивать умение студентов работать с текстом, выделять главную мысль, развивать интерес и познавательную активность;

- воспитывать активное отношение к познанию окружающего мира.

Тип урока: урок изучения нового материала.

Оборудование и наглядность: камертон, презентации «Распространение волн в упругих средах» и «Звуковые волны», карточки-задания, учебник Физика 11 класс.

Ход урока

1. Организационный момент.

2. Актуализация знаний.

Ответить на вопросы теста (Приложение 1)

1. Изучение нового материала.

1. Распространение волн в упругих средах. (Презентация 1)

2. Звуковые волны. (Презентация 2)

1. Закрепление нового материала.

1. Интересные факты о звуке. (Выступления студентов)

2. Решение задач

При решении задач скорость звука в воздухе считается заданной и равной 330 м/с.

1. Определите длину звуковой волны при частоте 200 Гц.

2. Наблюдатель услышал звук артиллерийского выстрела через 6 с после того, как увидел вспышку. На каком расстоянии от него находилось орудие?

3. Длина звуковых волн, излучаемых скрипкой, может изменяться от 23 мм до 1,3 м. Каков диапазон частот скрипки?

1. Подведение итогов урока. Рефлексия

• Сегодня я узнал…

• Было интересно…

• Я понял…

• Я научился

• Меня удивило…

1. Домашнее задание.

1. Проработать § 30, 31

2. Решить задачи:

1. Расстояние до преграды, отражающей звук, равно 66 м. Через сколько времени человек услышит эхо?

2. Длина звуковой волны в воздухе для самого низкого мужского голоса достигает 4,3 м, а для самого высокого женского 25 см. Найдите частоту колебаний этих голосов.

Приложение 1

Тест для взаимопроверки

1. Если волна распространяется в жидкости, то она является…

а) продольной

б) поперечной

2. Звуковые волны являются…

а) продольными

б) поперечными

3. Длина волны обозначается буквой…

а) ν б) T в) λ г) υ

4.Длина волны измеряется в…

а) см б) мм в) км г) м

5. Главное условие существования механических волн…

а) наличие колеблющегося тела

б) наличие энергии

в) наличие передающей среды

г) всё вместе

6. Кратчайшее расстояние между точками волны, которые колеблются в одинаковой фазе называется…

а) периодом волны

б) частотой волны

в) длиной волны

г) скоростью волны.

КОДЫ ПРОВЕРКИ: аавгвв

Критерии оценивания:

6 верных ответов – 5

5 верных ответов – 4

3 - 4 верных ответа – 3.

Приложение 2

Распространение звука

Где бы мы ни находились, что бы ни делали – нас всюду сопровождают различные звуки.

Звуковая волна может проходить самые различные расстояния. Орудийная стрельба слышна на 10-15 км, ржание лошадей и лай собак – на 2-3 км, а шепот - всего на несколько метров. Эти звуки передаются по воздуху. Но проводником звука может быть не только воздух.

Приложите ухо к рельсам, и вы услышите шум приближающегося поезда значительно раньше. Значит, металл проводит звук лучше и быстрее, чем воздух. Давно замечено хорошее распространение звука и по земле. Перед Куликовской битвой князь Дмитрий Донской сам выехал на разведку в поле и, приложив ухо к земле, услышал конский топот приближающихся татарских полчищ. Бетховен, оглохнув, слушал игру на рояле, приставив к нему одним концом свою трость, другой конец которой он держал в зубах. Здесь проводником звука было дерево.

Вода тоже хорошо проводит звук. Нырнув в воду, можно отчетливо слышать, как стучат друг о друга камни, как шумит во время прибоя галька. Рыбы слышат шаги и голоса людей на берегу, это хорошо известно рыболовам. Свойство воды – хорошо проводить звук – широко используется для разведки в море во время войны, а так же для измерения морских глубин.

Для звука есть только одна преграда, и ее легко обнаружить. Если завести будильник и накрыть его колпаком, то звук будет слышен. Но если из-под колпака выкачать воздух, то звук исчезнет. Почему? Потому что звук не может передаваться через пустоту. Должна быть обязательно упругая среда. Звуковая волна – чередование сгущений и разряжений. А если нет среды, то, что будет сгущаться?

Важным событием в развитии акустики стало экспериментальное определение скорости звука. В воздухе скорость звука впервые была измерена А. Гумбольтом в 1822 г. В воде скорость звука была определена Колладоном и Штурмом в 1827г. на Женевском озере. В 1832 г. Жан Батист Био измерил скорость звука в твердом теле – чугунной трубе парижского водопровода.

По современным данным скорость звука в воздухе при нормальных условиях равна 331 м/с.

Шум и борьба с ним

По действию, производимому на нас, все звуки делятся на музыкальные звуки и шумы. Чем они отличаются друг от друга? Чистый музыкальный звук всегда имеет определенную частоту. Шум – это множество самых различных, одновременно несущихся звуков.

Шум (особенно громкий) вредно отражается на здоровье и трудоспособности людей. Продолжительное действие шума вызывает утомление. В природе громкие звуки редки. Звуки и шумы большой мощности поражают слуховой аппарат, нервные центры, могут вызвать болевые ощущения и шок. Так действует шумовое загрязнение. Тихий шелест листвы, журчание ручья, птичьи голоса, шум прибоя приятны человеку. Они успокаивают, снимают стресс.

Длительный шум неблагоприятно влияет на органы слуха, понижая чувствительность к звуку. Он приводит к расстройству деятельности сердца, печени, к истощению и перенапряжению нервных клеток.

Уровень шума измеряется в единицах, выражающих степень звукового давления – децибелах. Шум в 130 децибел вызывает у человека болевые ощущения в ухе и даже чувствуется кожей.

Развивая технику, человек заменяет труд человека работой машин. А это влечет увеличения шума. Следовательно, открываются и новые пути борьбы с ним. Различные твердые тела проводят звук по-разному. Упругие тела – хорошие проводники звука, мягкие и пористые тела – плохие проводники.

Чтобы защитить какое-нибудь помещение от посторонних звуков, стены, пол и потолок покрывают прослойками из материалов, плохо проводящих звук (войлок, ковры, прессованная пробка, опилки, пористые камни). Моторы, машины закрываются оболочками, поглощающими звук. Телефонные будки обиваются прессованными плитками. Звуковые колебания, дойдя до таких прослоек, затухают в них. Энергия колебательного движения в таких телах превращается во внутреннюю энергию – тела нагреваются.

Но все же защититься от внешнего шума очень трудно.

Неслышимые звуки

Колебания с частотами ниже 20 Гц называются инфразвуками. Мы можем слышать инфразвуки, лежащие близко к нижней границе звука. Дело в том, что инфразвуки, как правило, сопровождаются слышимыми призвуками (обертонами). Родство таких инфразвуков со звуком ухо способно ощущать.

Инфразвуковые колебания легко возникают в длинных трубах. Например, 10-метровая труба органа дает основной тон частотой около 16 Гц. Звук этой трубы подобен раскату грома. Инфразвуки возникают в печных и фабричных трубах при топке.

Явления, близкие к инфразвуку, представляют собой колебания, возникающие при выстрелах и взрывах

Один из интереснейших видов инфразвуков – это “голос моря”. При шторме на море ветер возбуждает вихри, периодически срывающиеся на гребнях волн. Получающиеся при этом колебания воздушной струи распространяются вдаль в форме инфразвука и могут быть обнаружены на расстоянии в сотни километров. Поэтому различные морские жители, способные воспринимать «голос моря», - медузы, ракообразные, морские блохи, - задолго до наступления шторма чувствуют его приближение.

Инфразвуковые волны с частотой 6-8 Гц способны вызвать у человека резонирование внутренних органов, ибо собственная частота тела примерно такая же. Все это может приводить к локальным разрушениям внутренних органов и к кровоизлияниям. Кроме этого, инфразвук действует и на человеческую психику, что приводит к необъяснимому беспокойству и истерике. Что-то подобное можно наблюдать, когда звучание низких часто музыкальных инструментов во время концертов резко меняет настроение слушателей.

Ультразвук – помощник человека

Механические колебания, происходящие с частотой более 20000 Гц, называются ультразвуковыми. Выяснилось, что их излучают и воспринимают живые существа для своих «переговоров». Собаки, например, воспринимают ультразвуки частотой до 40 кГц. Этим пользуются дрессировщики, чтобы подавать собаке команду, не слышимую людьми.

Ультразвуки находят широкое применение.

Жидкость “вскипает” при прохождении ультразвуковой волны. При этом возникает гидравлический удар. С помощью ультразвука можно смешать несмешивающиеся жидкости. Так готовятся эмульсии на масле.

При действии ультразвука происходит омыление жиров. На этом принципе устроены стиральные устройства.

Интересны биологические эффекты ультразвука. Ультразвуки ослабляют жизнедеятельность бактерий, уменьшают рост молочнокислых и туберкулезных бактерий.

Широко используется ультразвук в гидроакустике. Ультразвуки большой частоты поглощаются водой очень слабо и могут распространяться на десятки километров. Если они встречают на своем пути дно, айсберг или другое твердое тело, они отражаются и дают эхо большой мощности. На этом принципе устроен ультразвуковой эхолот.

В металле ультразвук распространяется практически без поглощения. Применяя метод ультразвуковой локации, можно обнаружить мельчайшие дефекты внутри детали большой толщины.

Ультразвук широко используется в медицине для постановки диагноза и лечения некоторых заболеваний. Диагностические ультразвуковые исследования (УЗИ) позволяют без хирургического вмешательства распознавать патологические изменения органов и тканей. Ультразвуковая терапия основана на том, что ультразвуковые волны определенных частот оказывают механическое, тепловое, физико-химическое воздействие на ткани, в результате чего в организме активизируются обменные процессы и реакции иммунитета.

Дробящее действие ультразвука применяют для изготовления ультразвуковых паяльников.

Эхо

Эхо – это звуковые волны, отраженные от какого – либо препятствия (зданий, холмов, леса т.п.) и возвратившиеся к своему источнику. Если до нас доходят звуковые волны, последовательно отразившиеся от нескольких препятствий и разделенные промежутком времени 50-60 мс, то возникает многократное эхо. Некоторые из таких эхо приобрели всемирную известность. Так, например, скалы, раскинутые в форме круга возле Адерсбаха в Чехии, в определенном месте повторяют 7 слогов, а в замке Вудсток в Англии эхо отчетливо повторяет 17 слогов.

Используется явление эхо и на кораблях и на подводных лодках. Посылая короткие импульсы ультразвука, можно уловить их отражения от дна или каких – либо предметов. По времени запаздывания отраженного сигнала можно судить о расстоянии до препятствия.

Создатели радиолокатора не думали, что многие технические задачи, с которыми им пришлось столкнуться, «решены» в природе миллионы лет назад. Оказывается, что между радиолокатором и крохотной летучей мышью есть нечто общее. Ночное видение у летучих мышей связано не с работой глаз, а с функцией ротовой полости. В полете мышь гортанью непрерывно излучает ультразвуковые импульсы, направленные только в сторону полета. Эти волны хорошо отражаются от совсем малых препятствий, что позволяет легко обнаружить добычу. При этом мыши сами часто становятся объектом охоты, т.к. совы слышат ультразвук.

Ориентация по отраженным звукам была открыта и у китообразных. Так, дельфины уверенно ориентируются в мутной воде. Посылая и принимая возвратившиеся назад ультразвуковые импульсы, они способны на расстоянии 20-30 м обнаружить даже маленькую дробинку, осторожно опущенную в воду.

Психоакустика

Психоакустика – недавно возникший раздел изучения потенциала человека, цель которого научиться менять человеческое поведение, изучая влияние звука, речи и музыки на сознание.

Музыка может сильно влиять на работу мозга. Так, например, музыка с темпом 60 ударов в минуту на 6 % усиливает альфа-активность мозга (связанную с расслаблением), при этом на 6 % уменьшается бета-активность (связанная с нормальным бодрствующим сознанием). Пульс замедляется в среднем на 4 деления ртутного столбика, и люди говорят о «состоянии расслабленного сознания».

Тембр, тональность музыки, также оказывает сильное влияние на работу мозга.

Доктор Сью Чапмэн провела эксперимент в Городской больнице Нью-Йорка, изучая влияние музыки на младенцев, родившихся недоношенными. Одна группа младенцев слушала Колыбельную Брамса (вариацию для струнных инструментов) шесть раз в день, а другая группа (контрольная) не слушала никакой музыки. Новорожденные, слушавшие Брамса, быстрее набирали вес, меньше страдали от осложнений и были выписаны из больницы в среднем на неделю раньше тех, кто не слушал музыку.

Психоакустика – юная наука, и мы только сейчас начинаем понимать, с какой точностью звуковые формы могут влиять на клеточные процессы в мозге.