Звуковые волны. Ультразвук и его применение

ПЛАН УРОКА

Тема программы: . Механические колебания и упругие волны.

Тема урока: Звуковые волны. Ультразвук и его применение.

Цель урока: Дать понятие о звуковых волнах, систематизировать и обобщить знания учащихся по теме.
Задачи:

1. Рассмотреть особенности распространения звуковых волн, изучить физические характеристики звука, дать понятие об акустическом резонансе.

2. Развивать у учащихся умение работы с дополнительной литературой и с учебником, умение делать самоанализ и анализ работы товарищей, умение делать выводы на уроке по полученной информации и систематизировать эту информацию, развивать творческие способности учащихся.

3. Воспитывать правильное восприятие окружающего мира и влияние человека на окружающую среду, умение организованно работать на уроке.

Тип урока: урок изучения нового материала с элементами:

Практической работы;

Использованием ИКТ ресурсов.

Методы обучения:

Частично – поисковый;

Объяснение;

Самостоятельная работа.

Средства обучения: 

Компьютер;

Проектор;

Презентация;

Приборы и материалы для экспериментов.

Ход урока

1. I. Организационный момент – 1 мин.

3. II. Актуализация знаний. Постановка учебных задач (определение темы урока, постановка целей урока) – 5 мин.

5. III. Изучение нового материала. (В ходе фронтальной беседы выясняем информацию о механических колебаниях и механических волнах. Ребята выполняют творческие задания.) 10 мин.

7. IV. Закрепление, систематизация, обобщение полученных знаний. (Ребята объявляют результаты своего эксперимента. Учащиеся работают у доски по очереди, заполняют таблицу, фиксируют выполнение задания в тетради.) – 18 мин.

9. V. Подведение итогов, оценка работы учащихся, рефлексия. (На уроке появляется возможность проверить изученный материал в виде теста и тут же узнать результат (обратная связь). Тест выполняется на листах самостоятельно. Заполняют лист самооценки, отвечают на вопрос: «Достигли ли цели на уроке?» - 5 мин.

VI. Домашнее задание. Решить тест. Параграф № 47. – 1 мин.

Проведение урока

1. I. Организационный момент.

2. (Вступительное слово преподавателя). Здравствуйте, ребята! Сегодня я хотела бы, чтобы во время нашего урока, мы с вами интересно провели бы время и продуктивно поработали;

3. Проверка наличия учащихся;

4. Проверка готовности к уроку.

1. II. Актуализация знаний. Постановка учебных задач (определение темы урока, постановка целей урока)

Фронтальный  опрос.

1. Что представляет собой волновой процесс?

2. Какие бывают волны и в чем их принципиальное отличие друг от друга?

3. От чего зависит энергия  волны?

4. От чего зависит частота волны и ее длина?

5. Какова зависимость скорости волны от ее длины и частоты?

6. Что представляет собой сферическая или шаровая волна?

7. Характер образующихся волн в газообразных, жидких и твердых телах.

Звуки занимают в жизни человека важную роль. С помощью звуков мы получаем информацию об окружающем мире, что позволяет нам уверенно ориентироваться в пространстве; а самое главное - благодаря звуку, мы общаемся с вами. ( педагог читает стихотворение М.Ю. Лермонтова, звучит музыка Высотского Михаила Тимофеевича).

Что за звуки! неподвижен, внемлю

Сладким звукам я;

Забываю вечность, небо, землю,

Самого себя.

Всемогущий! что за звуки! Жадно

Сердце ловит их,

Как в пустыне путник безотрадной

Каплю вод живых!

И в душе опять они рождают

Сны веселых лет

И в одежду жизни одевают

Принимают образ эти звуки,

Все, чего уж нет.

Принимают образ эти звуки,

Образ милый мне;

Мнится, слышу тихий плач разлуки,

И душа в огне.

И опять безумно упиваюсь

Ядом прежних дней, 

И опять я в мыслях полагаюсь

На слова людей.

М.Ю Лермонтов)

Михаил Тимофеевич Высотский (ок. 1791 - 1837) известный московский музыкант-гитарист. Высотский поражал слушателей не одной необыкновенной техникой своей игры - он поражал их своим вдохновением, богатством своей музыкальной фантазии. Он как бы сливался с гитарою; она была живою выразительницею его душевного настроения, его мыслей.

III. Изучение нового материала.

Сформулируем тему урока.

Правильно. Тема урока: «Звуковые волны».

При изучении темы «Звуковые волны» мы должны поставить перед собой цель. Какую? (Расширить знания о природе звука, рассмотреть механизм возникновения звука, его характеристики).

Вытяните руки перед собой и начните колебательное движение рук.

Прислушайтесь!

Проблема:

Если взять несколько пустых одинаковых стаканов, выстроить их в ряд и  ударить по ним, они звучат одинаково.

Как заставить звучать стаканы по - разному?

Ответ: наполнить водой (первый небольшим количеством воды, последующие заполнять по нарастающей, а последний наполнить доверху), то получится музыкальный ударный инструмент. Ударяя по стаканам ложкой, мы заставим воду колебаться. Звуки от стаканов будут различаться по высоте.

Проблема: Как возникает звук? Каковы характеристики звука?

Человеческое ухо способно воспринимать упругие волны с частотой от 16 Гц до 20000Гц. Колебания этих частот называются звуковыми. Поэтому колебания руками 16 и более раз в секунду никто не может сделать. Для разных людей порог слышимости неодинаков, с возрастом он изменяется.

Опыт: «Демонстрация звуковых колебаний разной частоты ».

Оборудование:  динамик или громкоговоритель, соединительные провода.

С помощью динамик или громкоговоритель демонстрируются звуковые колебания от 16 Гц до 20000 Гц.

Опыт с линейкой, струной. 

Вывод: Колеблющееся тело создает звук. Кроме того, тела, движущиеся в газах и жидкостях с большой скоростью, тоже являются источниками звуковых волн (свистят в полете пуля и стрела, завывает ветер…)

Мы живем в мире звуков. Нас окружает ежедневный рабочий шум, шелест листвы, голоса людей, звуки дороги. Одни звуки успокаивают, другие поднимают настроение, третьи вызывают грусть, четвертые зовут к действию, движению. Человек, который не слышит от рождения, не может овладеть речью, мир для него лишен многообразия.

Устройство слухового аппарата человека (ухо) с демонстрацией рисунка.

Устройство голосового аппарата человека, используя рисунок.

 

Животные в качестве звука воспринимают волны иных частот.

Сообщение ученика о голосах в живом мире, голосовые аппараты птиц, млекопитающих, лягушки, насекомых, рыб.
Учениками были записаны на мобильные телефоны  и продемонстрированы голоса птиц, звучание насекомых, кваканье лягушек.

Раздел физики, занимающийся изучением звуковых явлений, называется акустикой.

Звук – это механическая волна, распространяющаяся в упругой среде (в твердых, жидких , газообразных средах), в вакууме распространяться не может.

Свойства и характеристики звуковых волн.

1. Зависимость высоты звука от частоты колебания.

Самый низкий из слышимых человеком музыкальных звуков имеет частоту 16 колебаний в секунду. Он извлекается органом. Но применяется не часто - очень басовит. Разобрать и понять его трудно. Зато 27 колебаний в секунду-тон вполне ясный для уха, хоть тоже редкий. Услышать его можно, нажав крайнюю левую клавишу рояля.(звуки встречающиеся в рассказе воспроизводится на компьютере).

Абсолютный “нижний” рекорд мужского баса, поставленный в ХУIII веке певцом Каспаром Феспером - 44 колебания в секунду. 80 колебаний в секунду - обычная нижняя нота хорошего баса и многих инструментов. Удвоив число колебаний (повысив звук на октаву), приходим к тону, доступному виолончелям, альтам. Здесь отлично чувствуют себя и басы, и баритоны, и тенора, и женские контральто. А еще октава вверх - и мы попадаем в тот участок диапазона, где работают почти все голоса и музыкальные инструменты. Недаром именно в этом районе акустика закрепила всеобщий эталон высоты тона: 440 колебаний в секунду (“ля’ первой октавы). Вплоть до 1000-1200 колебаний в секунду звуковой диапазон полон музыкой. Эти звуки - самые слышные. Выше следуют менее населенные «этажи». Легко взбираются на них лишь скрипки, флейты, орган, рояль, арфа. И полновластными хозяйками выступают звонкие сопрано. Вершины женского голоса забрались еще дальше. В ХУIII веке Моцарт восхищался певицей Лукрецией Аджуяри, которая брала “до” четвертой октавы - 2018 колебаний в секунду. Француженка Мадо Робен (умершая в 1960 году) пела полным голосом “ре” четвертой октавы - 2300 колебаний в секунду.

Существуют особые источники звука, испускающие единственную частоту, так называемый чистый тон. Это камертоны различных размеров простые устройства, представляющие собой изогнутые металлические стержни на ножках. Чем больше размеры камертонов, тем ниже звук, который он испускает при ударе по нему.

Демонстрация камертонов и опыты с ними.

2. Громкость звука.

Звуки даже одного тона могут быть разной громкости. Эта характеристика звука связана с энергией колебаний в источнике и в волне. Энергия колебаний определяется амплитудой колебаний Громкость, следовательно, зависит от амплитуды колебаний. Но связь между громкостью и амплитудой не простая.
О звуках вообще нельзя сказать, что один из них в два, в три, а тем более в миллионы или в миллиарды раз громче другого. О звуках различной громкости говорят, что одни громче другого не во столько-то раз, а на столько-то единиц. Единица громкости называется децибелом (дБ).
Например, громкость звука шороха листьев оценивается 10 дБ, шепота-20 дБ, уличного шума-70 дБ. Шум громкостью 130 дБ ощущается кожей и вызывает ощущение боли. О громкости уличного шума, например, можно сказать, что она на 60 дБ больше громкости шороха листьев.

3. Резонанс.

Звуковые колебания, переносимые звуковой волной, могут служить вынуждающей, периодически изменяющейся силой для колебательных систем и вызывать в этих системах явление резонанса, т.е. заставить их звучать. Такой резонанс называют акустическим резонансом. Например, устройство для получения чистого тона, т.е. звука одной частоты, камертон сам по себе дает очень слабый звук, потому что площадь поверхности колеблющихся ветвей камертона, соприкасающейся с воздухом, мала и в колебательное движение приходит слишком мало частиц воздуха. Поэтому камертон обычно укрепляют на деревянном ящике, подобранном так, чтобы частота его собственных колебаний была равна частоте звука, создаваемого камертоном. Благодаря резонансу стенки ящика тоже начинают колебаться с частотой камертона. Это колебания большой амплитуды (резонанс!), да и площадь поверхности ящика велика, поэтому звук

камертона оказывается значительно более громким. Ящик так и называют - резонатор.

Демонстрация звукового резонанса с двумя камертонами.
В музыкальных инструментах без резонаторов тоже нельзя обойтись. Ими служат деки. Без них, от одних струн, звуки были бы почти не слышны.

4. Звук в различных средах.

Звук в различных средах изучается учениками самостоятельно по учебнику, и рассказывается по плану:

А) Звуковые волны в газах.

Скорость звука в газах.

Газ	t 0C	υ  м/с	Газ	t 0C	υ  м/с
Азот	0	333,6	Гелий	0	970,0
Аммиак	0	414,8	Кислород	21	328,0
Воздух	0	331,5	Углекислый  газ	18	265,8
Водород	18	1301,0

Б) Звуковые волны в жидкостях.

Демонстрация опыта усиления звука при опускании колеблющихся ветвей камертона в стакан с водой.

Вопрос классу: «Как объяснить наблюдаемое явление?»

Скорость звука в жидкостях

Жидкость	t 0C	υ  м/с	Жидкость	t 0C	υ  м/с
Бензин	17	1170	Нефть	15	1330
Вода	19	1460	Раствор соли 10%-ный	15	1470
Вода морская	20	1490	Ртуть	20	1407
Вода тяжелая	25	1399	Скипидар	15	1326
Глицерин	20	1923	Спирт этиловый	23	1177
керосин	15	1330	эфир	15	1032

В) Звуковые волны в твердых телах.

Скорость звука в твердых веществах

Твердое тело	υ  м/с	Твердое тело	υ  м/с
Алюминий	5100	медь	3570
Дюралюминий	5140	Мрамор	3810
Бетон	4500	Никель	4970
Бумага	2100	Олово	2300
Вольфрам	5174	Пробка	430-530
Гранит	6000	Ртуть	2670
Дерево мягких пород	3000	Свинец	1260
Дерево твердых пород	5000	Серебро	2640

Железо	5300	Сталь мягкая	5000
Золота	1740	Сталь твердая	6000
Каменная соль	4400	Стекло флинт	4450
Кирпич	3652	Стекло крон	5220
Латунь	3360	Стекло органическое	1770
Лед	3230	Цинк	3700
Магний	4602	Эбонит	1570

Г) Звуковые волны в вакууме

Демонстрация опыта со звонком под колоколом воздушного насоса.

Д) Эхо 

Отражением звука объясняется и эхо. Эхо — это звуковые волны, отраженные от какого-либо препятствия (зданий, холмов, леса и т.п.) и возвратившиеся к своему источнику. Если до нас доходят звуковые волны, последовательно отразившиеся от нескольких препятствий и разделенные интервалом времени t50 - 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 троекратно повторяют 7 слогов, а в замке Вудсток в Англии эхо отчетливо повторяет 17 слогов.
Как человек использует эхо в жизни?

Учитель. Какие же выводы можно сделать по изложенному материалу, из услышанных сообщений и из увиденных опытов?

При полёте большинство

насекомых издают звук. Чем это

вызывается?

а) голосовыми связками;

б) ветром;

в) взмахами крыльев;

г) строением тела

а) колебания возникающие в упругой среде с частотой от 20Гц до 20кГц

б) колебания возникающие в упругой среде с частотой меньше 20Гц

в) колебания возникающие в упругой среде с частотой больше 20кГц

г) любые колебания возникающие в упругой среде

Выводы:

1. Колебания с частотой от16 до 20000 Гц создают в окружающей среде звуковую волну.
2. Высота звука зависит от частоты колебания.
3. Громкость звука зависит от амплитуды колебания.
4. Скорость звука зависит от свойств среды.
5. Скорость звука зависит от температуры среды.

IV. Закрепление, систематизация, обобщение полученных знаний.

Просмотр фильма «Распространение волн в упругой среде» и презентации «Звуковые волны». В процессе просмотра презентации выполняем упражнения:

Упражнение 1 (слайд 34)

Что такое звук?

Укажите номер правильного ответа и объясните ошибки других (ответ а).

Упражнение 2 (слайд 36)

Какое насекомое – бабочка или

муха – делает большее

количество взмахов крыльями?

а) они не взмахивают крыльями;

б) муха и бабочка делают

одинаковое количество взмахов;

в) муха;

г) бабочка.

Укажите номер правильного ответа и объясните ошибки других (ответ в).

Упражнение 3 (слайд 38)

Укажите номер правильного ответа и объясните ошибки других (ответ в).

- Выполнение теста (слайд 49) (Приложение 1).

V. Подведение итогов, оценка работы учащихся, рефлексия. 

На уроке появляется возможность проверить изученный материал в виде теста и тут же узнать результат

Учитель. Какие же выводы можно сделать по изложенному материалу, из услышанных сообщений и из увиденных опытов?

Выводы:

1. Колебания с частотой от 16 до 20000 Гц создают в окружающей среде звуковую волну.
2. Высота звука зависит от частоты колебания.
3. Громкость звука зависит от амплитуды колебания.

Учащиеся отвечают на вопросы теста и осуществляют взаимопроверку. (см. Приложение 1).

Учитель: Ребята, заполните лист самоконтроля.

Заполняют лист самооценки.

ДА

НЕТ

1.Решал задачи

2.Выдвигал предположения

3.Делал аргументированные выводы

4.Продуктивно взаимодействовал с другими

Учитель: Ребята, ответьте на вопрос: «Достигли ли вы цели?»

Сигнализируют поднятием руки. Получают домашнее задание.

VI. Домашнее задание.

Параграф №47, тест.

Физика. 11 класс. Мякишев.Г.Я. Буховцев Б.Б. Москва “Просвещение” 2008.

Журнал “Физика в школе”

Н. Угринович. Информатика и информационные технологии. 10-11 классы. Москва. Бином. Лаборатория знаний 2003

Виртуальная школа Кирилла и Мефодия. Уроки физики Кирилла и Мефодия.

class-fizika.narod.ru

school-collection.edu.ru

http://viki.rdf.ru

Спасибо за работу на уроке, мне было интересно с вами работать.

Методические рекомендации.

Значительно увеличить темп занятия и выполнить больше творческих заданий, чем на обычном уроке, можно за счет того, что:

• не тратилось время на перерисовывания схем, таблиц;

• весь урок поддерживался соревновательный интерес, ученики стремились выполнить задание быстрее других, чтобы выйти и работать у доски;

• на уроке появилась возможность проверить изученный материал в виде теста и тут же узнать результат; достичь высокого уровня наглядности;

появился положительный эмоциональный настрой, увеличилась степень самостоятельности учеников.

Приложение 1

Тест по теме «Звуковые волны»

1	Какие диапазоны волн соответствуют звуковой волне	20 Гц и 20 000 Гц		20 Гц, но
2	Что воспринимает человеческое ухо	λ, м	ν, Гц	υ, м/с	громкость
3	Зачем у камертона две ножки	Для сохранения равновесия	Для придания эстетической формы	Для удобства крепления на подставке	Для усиления звучания
4	Что изменяется в звуковой волне при переходе из воздуха в воду?	λ, м	ν, Гц	υ, м/с	громкость
5	Что происходит с высотой звука при увеличении частоты звука?	увеличивается	уменьшается	Не изменяется	Может и увеличиваться и уменьшаться
6	Какая характеристика звука изменяется при увеличении амплитуды колебания	Скорость	громкость	Высота(тон)	Ничего не меняется
7	Какова длина звуковой волны в воздухе если ее частота 90 Гц?	3,8 м	38 м	0,38 м	3,8 см
8	Удар грома был услышан через 8 с после того, как сверкнула молния. На каком расстоянии произошел грозовой разряд?	3 км	30 м	300 м	3 м