Тема урока: Звук. Инфразвук. Ультразвук.

Радость видеть и понимать-есть самый прекрасный дар природы.

 А.Эйнштейн.

Тип урока: изучение нового материала.

Вид урока: урок-конференция .

Цели урока: организация на уроке творческой работы учащихся.

Задачи урока:

1. в нестандартной игровой форме выявить уро­вень усвоения материала;

1. на обширном фактическом материале показать роль звуковых явлений в природе и технике; показать синтез физики и явлений окружающего мира;

1. научить школьников анализировать изучаемое и прочитанное; вовлечь учащихся в активную работу на уроке;

1. развивать интерес к науке и умение работать с научно-популярной литературой.

Подготовка к уроку

Заранее выбирается участники и вопросы для обсуждения. Проводится рас­пределение ролей: выбираются активисты, под­бирающие литературу соответствующей тематики и выступающие с сообщениями на уроке; техники ­экспериментаторы, демонстрирующие опыты, кото­рые сопровождают сообщения; дизайнеры, оформ­ляющие плакаты к уроку; ведущий.

Задания остальным учащимся:

- прослушав сообщения, выделить особенности звуковых явлений;

- классифицировать примеры практического ис­пользования звуковых колебаний в быту, тех­нике, искусстве, природе;

- оформить результаты своей работы в произволь­ной форме.

Оснащение

Магнитофон, аудиокассеты с записями. Кодоскоп или проектор, экран, камертон.

Ход урока

(Звучит мелодия - фрагмент из музыкального произведения) 

Ведущий: Окружающий нас мир наполнен различ­ными звуками: человеческой речью, шумом ветра, шуршанием листьев, разноголосыми трелями птиц ... С давних времен люди научились находить гармоничные сочетания звуков и на их основе со­здавать музыкальные мелодии. Завораживающее действие музыки породило много легенд; в них зву­кам подчас приписывались магические свойства: музыка могла усмирить свирепых чудовищ, сдви­нуть с места скалы, остановить ниспадающие пото­ки водопада. Уже в глубокой древности люди на­учились создавать музыкальные инструменты, из­дающие чарующие звуки, и заложили основы на­уки о звуках - акустики. С помощью звука люди общаются, обмениваются мыслями, чувствами, информацией.

 Учитель рассказывает о фи­зических характеристиках звука - его амплитудe, частоте, спектре, и физиологическuх - гром­кости, высоте, тембре.

Что же такое звук? Звук - распространяюще­есяв виде волн колебательное движение частиц упругой среды: газообразной, жидкой или твердой.

Источником звука всегда являются колеблющи­еся тела: струна, столб воздуха в духовых инстру­ментах, мембрана телефона, голосовой аппарат че­ловека и животных и т. п. Проводником звука при этом является любая упругая среда.

Громкость звука-определяется амплитудой колебаний. Единица громкости      называется децибел (шорох листьев-10дБ, уличный шум-70 дБ, шум громкостью 130дБ вызывает ощущение боли).

Высота звука-определяется частотой колебаний. Звуки низких тонов-это колебания малой частоты в звуковой волне. Звуку высокого тона соответствует большая частота колебаний. Существуют особые источники звука, испускающие единственную частоту, так называемый чистый тон-это камертоны. Устройство, представляющее собой изогнутые металлические стержни на ножках, скрепленные с полым деревянным ящиком. Акустический резонанс: звуковые волны могут вызывать вынужденные колебания в системах. При равенстве частоты звуковой волны и собственной частоты колебаний системы возникает резонанс (усиление колебаний).

Скорость распространения звука зависит от плотности среды и ее температуры.

Распростра­нения звуковых волн в различных средах

Зависимость скорости звука от температуры среды

Человек воспринимает колебания с частотой от 16 Гц до 20 кГц.

Мы выделим у человека два биофизических блока: ухо-звукоприемник и источник голоса.

Слух и голос

У х о - универсальный звукоприемник.

Оно сконцентрировало в себе всю гамму "профессий": анализатора - разделителя звуков по частотам, резонатора - систе­мы, которая вследствие резонанса усили­вает звук, "выбирателя" звуков, "ремонт­ника" испорченных звуков; плюс ко всему оно обладает высокой экономичностью, Т.е. обеспечивает минимальные затраты энер­гии на передачу звука в мозг. (Далее по учебной таблице показываю основные де­тали уха и кратко называю их функции.)

Ч е л о в е ч е с к и й г о л о с - чудо-звук.

Непостижимая тайна: гортань может зву­чать и иерихонской трубой, и трелью жа­воронка. Голос - средство общения, само­выражения; это смех, плач, шепот, стон, песня, стих, мольба о помоши ... Голос му­зыкален сам по себе, а в сочетании со зву­ком музыкальных инструментов он спосо­бен потрясать! (По учебной таблице пока­зываю детали гортани: обрашаю внимание на голосовые связки, которые своими ко­лебаниями порождают звук.) Высота голо­са зависит от длины и натяжения голосо­вых связок: у мужчин эта длина 18-25 мм, у женшин - 15-20 мм.

Таким образом, высота звука определяется частотой источника звуковых колебаний. Чем больше частота колебаний, тем выше звук. Колебаниям малых частот соответствуют низкие звуки. Например, писк комара соответствует 500-60 взмахам его крыльев в секунду, жужжание шмеля – 220 взмахам.

В телефоне для воспроизведения человеческой речи используется область частот от 300 до2000 Гц.

 «Влияние звуков на организм человека»

Мелодичная музыка минорных тонов вызыва­ет у человека замедление дыхания. Эффективность подобного воздействия повышается, если музыка звучит в помещении, окрашенном с преобладанием зеленых тонов. Такие сочетания цветомузыки да­леко не случайны. Психологам давно известно, что оттенки красного цвета возбуждают и насторажи­вают человека, вызывая ассоциации огня и крови. Голубовато-зеленые тона вызывают у человека не связанные с опасностью ассоциации со свежей рас­тительностью и безоблачным небом.

Необычайное по силе воздействие в практике музыкальной терапии оказывают картины Н. К. Ре­риха, который использовал музыку цвета в каче­стве основных элементов при создании своих про­изведений.

Затем, ученик приводит необычные примеры, характеризующие разные звуки.

«Обыч­ное в необычном»

1. Известны помещения, обладающие необычной акустикой, - некоторые из них фокусируют звуки. Такая фокусировка была использована в «ухе Дионисия» В сиракузской темнице, где стены отражали разговоры и даже шепот узни­ков в скрытую трубу, через которую власти­тель мог их прослушивать. Это объясняется тем, что звуки, исходящие из одного фокуса эллип­тической комнаты, собираются в другом фоку­се, и разговор, происходящий в одном из фоку­сов, слышен в другом.

1. Зимой можно наблюдать следующее интересное явление: после только что прошедшего снего­пада на улицах становится необычно тихо. По­добное ослабление звука наблюдают, например, участники антарктических экспедиций, когда они прорывают туннели в снегу: приходится кричать, чтобы быть услышанным на расстоя­нии пяти метров. Между пушинками свежевы­павшего снега существуют маленькие полости, благодаря которым такой снег поглощает звук так же, как звукопоглощающие покрытия в современных служебных помещениях. По мере уплотнения снега поглощение звука в нем ос­лабевает.

Учитель: Представляю вам следующее сообщение «Таинственные звуки».

Ультразвук

Среди представителей животного мира встре­чаются виды, которые могут ориентироваться в пространстве с необычайной точностью. Например, летучие мыши могут легко обнаружить проволоку диаметром менее 0,3 мм, несмотря на то, что она дает слабый отраженный сигнал. Дельфины-афали­ны могут обнаруживать рыб, служащих им пищей, а также различать их вид на расстоянии до 3 км. Причиной подобного явления служат особенности локационного аппарата этих животных. Дело в том, что диапазон частот акустических колебаний, со­здаваемых этими животными, гораздо шире, чем у человека (у летучих мышей от 30 Гц до 100 кГц, у дельфинов - от нескольких сотен герц до 170 кГц). Подобные неслышимые человеческим ухом колеба­ния с частотами более 20 кГц называются ультра­звуком.

Чувствительные приемники показали, что уль­тразвук присутствует в шуме ветра и водопада, в звуках, производимых живыми существами.

Выяснилось, что многие насекомые восприни­мают ультразвук (сверчки, цикады, кузнечики). Восприятие ультразвука в диапазоне частот до 100 кГц обнаружено у многих грызунов. Известно, что и собаки слышат такие колебания. Этим пользу­ются при подаче служебным собакам сигналов, ко­торых не слышат окружающие люди.

Применение ультразвука

Ультразвук называют дробящим звуком, так как его действие приводит к образованию эмуль­сий (если раздробленное вещество - жидкость) или суспензий (если раздробленное вещество - твердое тело). При помощи ультразвука можно смешать масло с водой, ртуть с водой. Это свойство ультра­звука используют в фармакологии для приготовле­ния лекарственных препаратов.

Ультразвук оказывает значительное физиоло­гическое воздействие на живые организмы. Напри­мер, воздействие ультразвуком на семена некото­рых растений стимулирует их развитие и увеличи­вает урожайность. С другой стороны, некоторые организмы (инфузории, головастики) погибают под

действием ультразвукового излучения.                      

УЗИ (ультразвуковое исследование) микро­структуры органов и тканей позволяет выявить многие патологии на ранних стадиях заболеваний.

Успешно применяется ультразвуковая хирур­гия. В ортопедии, например, проводится безоско­дочная резка и сварка костей.

Ультразвук нашел применение в глазной хи­рургии при высокоточных операциях на хрустали­ке. УЗИ используется при наблюдении за состоя­нием плода за несколько месяцев до рождения. Подобная методика позволяет с известной степенью точности определить пол будущего ребенка и про­следить за всеми стадиями его развития.

При помощи ультразвука осуществляется не­разрушающий контроль изделий из твердых мате­риалов, звуковидение. Важную роль играет ульт­развук и в гидроакустике, поскольку звук являет­ся единственным видом волн, хорошо распростра­няющихся в морской воде.

Инфразвук

Жители морских побережий давно заметили, что многие морские птицы и животные заблаговре­менно узнают о приближении шторма. Дельфины заплывают за скалы, пингвины ложатся на снег и вытягивают свои клювы в направлении, в котором должна прийти метель, медузы задолго до приближения шторма спешат укрыться на большой глубине. Причина этих и подобных явлений кроется в том, что некоторые животные способны улавливать недоступные уху человека инфразвуковые колеба­ния. Инфразвук - звук частотой ниже 16 Гц. В природе инфразвук возникает из-за вихревого дви­жения воздуха в атмосфере или в результате мед­ленных колебаний различных тел. Из-за малого поглощения и рассеяния инфразвук может распро­страняться на огромные расстояния. Известно, что звуки извержений вулканов, атомных взрывов мо­гут многократно обходить вокруг земного шара, сейсмические волны могут пересекать всю толщу Земли. Всякий очень громкий звук несет с собой, как правило, и инфразвуковую составляющую. При этом инфразвук с высоким уровнем интенсивности оказывает вредное воздействие на человеческий организм. При воздействии инфразвука на часто­тах 4-8 Гц человек ощущает перемещение внут­ренних органов, на частотах 12 Гц - приступ мор­ской болезни.

Применение инфразвука

Вместе с тем инфразвук вследствие большой дальности распространения нашел полезное приме­нение при определении места извержения вулка­нов или взрыва, при исследовании океанической среды и верхних слоев атмосферы. Анализ инфра­звукового измерения подводных извержений позво­ляет предсказать цунами за 15 часов до наступле­ния шторма.

Закрепление изученного материала:

1. Беседа по вопросам:

1. Какие волны называются слуховыми?
2. Опишите процесс возникновения и восприятия звука.
3. Охарактеризуйте частотный диапазон инфразвуковых, звуковых и ультразвуковых волн.
4. Укажите примерные размеры источников, генерирующих инфразвуковые, звуковые и  ультразвуковые волны.
5. Что можно сказать о скорости звука в твердом теле, в жидкости и газе?

       2. Решение задач:

№1. Принимая скорость звука в воздухе 345м/с, найдите диапазон длин волн, вызывающих у человека слуховые ощущения.

№2. Определите длину волны сигналов, испускаемых летучими мышами (ν =100 кГц)

и дельфинами (ν =1·10⁶ Гц).

Итог урока: Итак, мы узнали, что звуковые волны – это упругие волны в среде, вызывающие у человека слуховые ощущения, а также узнали о применении звуковых волн в окружающем мире.

Домашнее задание: Каждому ученику подготовить тест по данной теме, состоящий из вопросов, качественных и количественных задач.