Источники звука. Высота, тембр, громкость звука - МЕХАНИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ. ЗВУК - Поурочные разработки по программе А. В. Перышкина

Цели урока:

Познакомить учащихся со звуковыми волнами как одним из видов механических волн; ввести понятия высоты, тембра и громкости звука, показать их отличие.

Ход урока

I. Проверка домашнего задания, повторение

- Что называется длиной волны?

- Какой буквой обозначается длина волны?

- За какое время колебательный процесс распространяется на расстояние, равное длине волны?

- По каким формулам можно рассчитать длину волны и скорость распространения поперечных и продольных волн.

II. Письменная проверочная работа

Вариант I

1. Происходит ли перенос вещества и энергии при распространении бегущей волны в упругой среде?

а) энергии - нет, вещества - да;

б) энергии и вещества - да;

в) энергии - да, вещества — нет.

2. Период колебания частиц воды равен 2 с, а расстояние между соседними гребнями волн равно 6 м. Определите скорость распространения этих волн.

а) 3 м/с;

б) 12 м/с;

в) 1/3 м/с.

3. В чем отличие графика волнового движения от графика колебательного движения?

а) график колебательного движения изображает положение различных точек среды в один и тот же момент времени, а график волнового движения - одной и той же точки в различные моменты времени;

б) график колебательного движения изображает положение одной и той же точки в различные моменты времени, а график волнового движения - различных точек среды в один и тот же момент времени;

в) графики колебательного и волнового движений изображают положение одной и той же точки в различные моменты времени.

4. В каких упругих средах могут возникать поперечные волны?

а) в газообразных телах;

б) в жидкости;

в) в твердых телах.

5. От каких физических величин зависит частота колебаний волны?

а) от скорости распространения волны;

б) от длины волны;

в) от частоты вибратора, возбуждающего колебания;

г) от среды, в которой распространяются колебания.

6. От каких физических величин зависит скорость распространения волны?

а) от длины волны;

б) от частоты колебаний волны;

в) от среды, в которой распространяется волна, и ее состояния.

7. В одной и той же среде распространяются волны с частотой 5 Гц и 10 Гц. Какая волна распространяется с большей скоростью?

а) 5 Гц;

б) скорости одинаковы;

в) 10 Гц.

Вариант II

1. Расстояние между ближайшими гребнями волн равно 6 м. Скорость распространения волны 2 м/с. Какова частота ударов волн о берег?

а) 1/3 Гц;

б) 5 Гц;

в) 12 Гц.

2. Определите наименьшее расстояние между соседними точками, находящимися в одинаковых фазах, если волны распространяются со скоростью 10 м/с, а частота колебаний равна 50 Гц.

а) 1,5 м;

б) 2 м;

в) 1 м.

3. В каких упругих средах могут возникать продольные волны?

а) только в газах;

б) только в жидких средах;

в) в твердых, жидких и газообразных телах.

4. Происходит ли перенос вещества при распространении поперечной волны?

а) нет;

б) да;

в) только при больших скоростях распространения волны.

5. От каких физических величин зависит длина волны в одинаковых средах?

а) только от скорости распространения волны;

б) от скорости распространения волны и частоты вибратора;

в) только от частоты вибратора;

г) от частоты вибратора и скорости распространения волны.

6. Определите длину волны, если скорость равна 1500 м/с, а частота колебаний равна 500 Гц.

а) 3 м;

б) 1/3 м;

в) 750000 м.

7. Две волны распространяются в одной и той же среде: первая имеет длину 5 м, вторая - 10 м. Одинаковы ли частоты вибраторов, возбуждающих эти волны?

а) частоты вибраторов равны;

б) частота первого вибратора меньше в 2 раза;

в) частота первого вибратора больше в 2 раза.

III. Новый материал

Перед тем, как приступить к освещению нового материала, следует сказать, что механические волны занимают очень широкий диапазон по частоте колебаний. Он условно занимает частотный спектр 0 ≤ v_M ≤ 200 кГц.

Далее на простом примере можно показать, что один и тот же тип колебаний в определенной ситуации мы можем слышать, а в другой - нет: длинная линейка, защемленная в тисках, совершает колебания, которые мы не слышим. Стоит только укоротить линейку и возбудить в ней колебания, как мы сразу станем их слышать. При этом важно заметить, что частота колебаний возросла.

Упругие волны, которые воспринимаются человеческим слухом, называются звуковыми. Раздел механики, изучающий звуковые волны, называется акустикой. Ухо нормального человека устойчиво может воспринимать звуковые колебания в диапазоне частот от v = 20 Гц до v = 20000 Гц. Конечно, далеко не каждый человек может воспринимать волны с v = 20 Гц или v = 20000 Гц. В то же время человеческое ухо очень чутко реагирует на колебания внешней среды, хотя с возрастом эта чувствительность уменьшается. Для взрослого человека весь акустический диапазон недоступен и рабочим диапазоном является 50 Гц ≤ v_3B ≤ 14000 Гц.

Важность звуковых волн трудно переоценить. Общение людей основано на возможности воспринимать речь другого человека.

Любое тело, совершающее колебания с частотой 20 Гц ≤ v ≤ 20000 Гц, порождает возникновение звуковых волн, и называется источником звука.

Среди животных, птиц и рыб существуют виды, которые воспринимают упругие волны с очень низкими и с очень высокими частотами. Самым универсальным в этом смысле является дельфин, который способен воспринимать волны с частотой колебаний в диапазоне 0,4 кГц < v < 200 кГц.

Среди источников звука есть как естественные источники, так и искусственные.

Примером искусственных источников звука является камертон (учитель демонстрирует работу камертона). Он был изобретен в начале XVIII века для настройки музыкальных инструментов.

Суть образования звуковой волны камертоном заключается в том, что при ударе по одной его ветви, вторая ветвь также начинает колебаться. Для усиления звуковых волн ветви камертона часто укрепляют на резонаторном ящике, который открыт с одного торца. Стандартный камертон выдает волны с частотой 440 Гц.

Далее нужно подчеркнуть, что звуковые колебания возникают не только в твердых телах и не только от колебания твердых тел. Примером образования звуковых волн в воздухе является образование грома при грозовых разрядах. Физика данного явления заключается в том, что рядом с каналом грозового разряда воздух нагревается до очень большой температуры и его расширение приводит к образованию ударной волны. Она затем постепенно переходит в звуковые колебания.

Типичным примером источника звука является и обычная звуковая сирена. Ее работа основана на периодическом прерывании воздушного потока, проходящего через колесо с отверстиями. Частота звука такой сирены определяется по формуле:

v = n · k,

где n — число оборотов колеса за 1 с, а k — число отверстий в колесе.

Звуковые волны являются продольными, они образуются при деформациях сжатия-растяжения в любых средах: жидкость, твердое тело, газ.

IV. Упражнения и вопросы для повторения:

- Что представляют собой звуковые волны?

- Что является источником звука?

- Какова частота воспринимаемая человеком?

- Чем определяется громкость звуковых колебаний, высота звука?

- Почему громкость, высота звука, тембр звука являются субъективными характеристиками звука?

Домашнее задание

1. Выучить § 34-36;

2. Почему так ужасно скрипит мел, если мы неправильно держим его, когда пишем на доске (попробуйте)? Чем определяется частота издаваемого им звука?

3. Как действует детский телефон (два спичечных коробка с натянутой между ними ниткой)?

Приложение к уроку

Музыкальные звуки

С точки зрения физики отличаются ли музыкальные звуки от шума, и по какой причине столь несхожими могут быть музыкальные звуки между собой? Чистый музыкальный звук можно получить с помощью простого прибора, называемого камертоном. Ударив молоточком по одной из ветвей камертона, мы услышим музыкальный звук. Постепенно звук ослабевает вследствие затухания колебаний ветвей. Звуковая волна возбуждается колеблющимися ветвями камертона. Характер этих колебаний можно установить, если прикрепить к ветви камертона иглу и провести ею с постоянной скоростью по поверхности законченной стеклянной пластинки. На пластинке появится линия, очень близкая к синусоиде. Отсюда можно заключить, что колебания ветвей камертона очень близки к гармоническим.

Шум и борьба с ним

Шум отличается от музыкального тона тем, что ему не соответствует какая-либо определенная частота колебаний и, следовательно, определенная высота звука. В шуме присутствуют колебания различных частот. С развитием промышленности и современного скоростного транспорта появилась новая проблема - борьба с шумом. Возникло даже новое понятие «шумовое загрязнение» среды обитания. Шум, особенно большой интенсивности, не просто надоедает и утомляет - он может и серьезно подорвать здоровье.

С шумом борются простыми административными мерами: в городах запрещено пользоваться автомобильными сигналами, отмены полетов самолетов над городом и т.д. Борются с шумами и с помощью технических устройств. Так, все автомобили, тракторы и мотоциклы снабжены глушителями. Для выхлопных газов сооружают сложный металлический лабиринт с перегородками и отверстиями, в которых звуковая волна теряет энергию. Кто хотя бы раз слышал рев мотоцикла без глушителя, хорошо представляет себе, насколько успешно глушитель справляется со своей задачей.