Ученики на Учителя.com


Конспект урока "Свойства звука" 9 класс

Тема урока: Свойства звука.
Цель урока: Ознакомить учащихся с основными характеристиками звука,
углубить знания учащихся, развить их кругозор.
Оборудование и демонстрации: компьютер, мультимедийный проектор,
набор колокольчиков, камертоны, различные музыкальные инструменты,
дидактический материал (карточки с заданиями), мультимедийная
презентация «Свойства звука».
Эпиграф к уроку:
Рожденный пустыней,
Колеблется звук.
Колеблется синий
На нитке паук.
Колеблется воздух,
Прозрачен и чист,
В сияющих звездах
Колеблется лист.
Н.А.Заболоцкий
Ход урока.
I.Организационный момент. Слайд №1.
Вступительное слово учителя.
Музыкальные звуки сопровождают нас на протяжении всей нашей жизни.
Силу музыки, способной сплотить воедино мечты, стремления и помыслы
человека, испытал на себе каждый из нас.
Окружающих нас звуков много, но интересуют нас не все, а именно
музыкальные звуки. Почему? Чем отличаются различные звуки? Что
представляет собой звук? Как его можно получить?
На все эти вопросы отвечает физика.
II.Объяснение нового материала.
Слайды №2,3.
Еще древнегреческий философ и ученый - энциклопедист Аристотель верно
объяснял природу звука, полагая, что звучащее тело создает попеременное
сжатие и разрежение воздуха. Благодаря упругости воздуха эти
чередующиеся воздействия передаются дальше в пространство – от слоя к
слою, возникают упругие волны. Достигая нашего уха, они воздействуют на
барабанные перепонки и вызывают ощущение звука. Человеческое ухо
способно воспринимать упругие волны с частотой примерно от 20 Гц до
20000Гц. Эти частоты называются звуковыми.
Опыт 1. Обнаружение причины звука в колебаниях звучащего тела
(колебание подвешенного к штативу на нити грузика, соприкасающегося с
одной из ветвей камертона, или колебание стальной линейки, зажатой в
тиски).
Слайд №4.
Распространение звука можно сравнить с распространением волны по воде.
Только роль брошенного в воду камня играет колеблющееся тело, а вместо
поверхности воды звуковые волны распространяются в воздухе. Каждое
колебание ветви камертона создаст в воздухе одно сгущение и одно
разряжение. Чередование таких сгущений и разряжений и есть звуковая
волна. Скорость звука различна в различных средах (веществах). Она зависит
от плотности среды и температуры.
Опыт 2. На столе в ряд поставлены на узкие грани кости домино. Падающие
вдоль ряда, они напоминают распространение звуковой волны.
Мы охотно слушаем музыку, пение птиц, приятный человеческий голос.
Напротив, тарахтенье телеги, визг пилы, мощные удары молота нам
неприятны и нередко раздражают и утомляют. Таким образом, по действию,
производимому на нас, все звуки делятся на две группы: музыкальные звуки
и шумы. Чем они отличаются друг от друга?
Установить различие между музыкой и шумом довольно трудно, так как то,
что может казаться музыкой для одного, может быть просто шумом для
другого. Некоторые считают оперу совершенно немузыкальной, а другие,
наоборот, видят в ней предел совершенства в музыке. Ржание лошади или
скрип нагруженного лесом вагона может быть шумом для большинства
людей, но музыкой для лесопромышленника. Любящим родителям крик
новорожденного ребенка может казаться музыкой, для других такие звуки
представляют просто шум.
Чем же отличаются друг от друга разные звуки?
Слайд № 5.
Характеристики звука подразделяются на объективные (физические) и
субъективные (физиологические).
Для субъективной характеристики звука существуют три важных понятия:
1. Громкость звука. Слайды № 6,7.
Она определяется действием звука на орган слуха, и поэтому ее трудно
оценить объективно. В физике пользуются понятием, которое можно
измерить -интенсивность звука, которая зависит от амплитуды колебаний и
от площади тела, совершающего колебания.
Опыт 3. Наблюдение и сравнение осциллограмм звука камертона, дающего
тихий и громкий звук.
Хотя амплитуда колебаний источника звука может быть велика, амплитуда
частиц передающей среды, воздуха, очень мала (за исключением частиц,
находящихся очень близко к источнику, амплитуды которых очень близки к
амплитудам самого источника). Ухо чувствительно к амплитудам колебаний
воздуха порядка одной миллиардной сантиметра и к еще меньшим
амплитудам колебаний частиц жидкостей и твердых тел. Колебания частиц
воздуха с амплитудой в одну сотую сантиметра создают такой громкий звук,
который способен нанести повреждение уху.
Слайды № 8-10.
Единица громкости - белл (в честь ученого Грэхема Белла, изобретателя
телефона). На практике чаще громкость измеряют в децибеллах (дБ). Весь
диапазон воспринимаемых ухом звуковых волн соответствует громкости от 0
до 130 дБ. Вот примеры громкости различных звуков на расстоянии в
несколько метров от источника звука; шелест листьев - 10 дБ, громкий
разговор - 70 дБ, пылесос - 50 дБ. От источника звука волна распространяется
во все стороны, и на расстоянии от него громкость звука, естественно,
уменьшается. Громкость человеческого голоса можно увеличить с помощью
мегафона. Он представляет собой конический рупор, приставляемый ко рту
говорящего человека. Рупор можно применять и для усиления принимаемого
звука. Для этого его следует приставить к уху.
Слайды № 11-12.
Рупоры использовались и в первых аппаратах, предназначенных для записи и
воспроизведения звука.
Механическая запись звука была изобретена в 1877 г. американским
изобретателем Томасом Эдисоном. Сконструированный им аппарат
назывался фонографом. Принцип действия фонографа заключался в
следующем. Металлическая пластинка (мембрана) 2 под действием звука
колеблется, и подсоединенная к ней игла прочерчивает на валике 1, который
вращали вручную, канавку - звуковую дорожку. При воспроизведении звука
игла скользит по канавке, заставляя мембрану колебаться. Для усиления звука
на мембрану надевали рупор.
Для усиления музыкального звука служат корпусы инструментов.
(Демонстрируют.) Эти корпусы играют роль резонаторных ящиков.
Опыт 4. Демонстрация роли резонаторного ящика.
Слайд № 13.
Следует иметь ввиду, что громкие звуки далеко не безвредны для нашего
организма. Поэтому органами здравоохранения установлены санитарные
нормы для уровня допустимого шума. Согласно этим нормам уровень
громкости шумов не должен превосходить 30-40 дБ, что соответствует
уровню громкости речи при спокойной, тихой беседе. Соблюдение этих норм
обязательно для всех.
2. Высота тона.
Слайды № 14.
В физике она характеризуется частотой колебаний.
Опыт №5. Демонстрация действия звукового генератора; прослушивание
звуков различных частот; звучание колокольчиков разных размеров.
Слайды № 15-17.
Сообщения учащихся о музыкальных инструментах и звуках.
Первый ученик.
Большинство людей согласится с тем, что звуки, идущие от колеблющихся
струн, язычков, камертона и вибрирующих голосовых связок певца,
музыкальные. Но если так, то что же существенно в возбуждении
музыкального звука или тона?
Наш опыт показывает, что для музыкального звука существенно, чтобы
колебания происходили через равные промежутки времени. Колебания струн,
камертонов и т. д. имеют такой характер.
Музыкальные звуки издают различные музыкальные инструменты.
Источники звука в них разные, поэтому музыкальные инструменты делятся
на ряд групп: ударные - бубны, барабаны, ксилофоны и т. д. (здесь
колеблются от удара палочки или руки натянутый материал, металлические
пластинки и т. д.); клавишные - пианино, клавесины (колебания струн
вызываются здесь ударом по ним молоточков); духовые - флейты, горны и
фанфары, кларнеты, валторны, трубы (колебания столба воздуха внутри
инструмента); струнные - скрипка, гитара и т. д. (Рассказ сопровождается
демонстрацией музыкальных инструментов, включая игрушки.) Такое
деление часто условно. Например, орган - это целая фабрика звуков. Еще в
прошлом веке на нем как на настоящей фабрике, трудились рабочие.
Надрываясь и обливаясь потом, вручную качали тяжелые мехи. Только в
XX в. людей заменили электромоторы, а на смену мехам пришли
мощные вентиляторы. В современных органах воздух в трубы подает
электрическая энергия. Так, например, в Домском соборе при помощи
электрического мотора мощностью 4412,9 Вт в резервуары органа
ежеминутно вводится 1333000 л воздуха. Сейчас строят и электроорганы. Это
- электроинструмент, звук на котором возникает посредством электрических
колебаний разных частот.
Орган по праву называют царем оркестра, а рояль признается его
королем. Арфу называют царицей, скрипку – принцессой. Но
правильнее оркестр считать «республикой», где каждый «гражданин»
пользуется правом голоса и каждый представляет собой неповторимую
индивидуальность.
Второй ученик.
Наинизший из слышимых человеком музыкальных звуков имеет частоту 20
колебаний в секунду. Он извлекается органом. Но применяется нечасто -
слишком уж басовит. Разобрать и понять его трудно.
Зато 27 колебаний в секунду - тон, вполне ясный для уха, хоть тоже редкий.
Вы услышите его, нажав крайнюю левую клавишу рояля. (Демонстрируют.)
Следующий любопытный тон - 44 колебания в секунду, абсолютно «нижний»
рекорд мужского баса, поставленный в XVIII в, певцом Каспаром Феспером.
(В наши дни такой звук берет англичанин Норман Аллин.). Поднимаемся
дальше. Вот 80 колебаний в секунду - обыкновенная 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 попадем в тот участок диапазона, который
буквально «кишит» музыкой. Тут 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 да такие
универсалы, как орган, рояль, арфа. И полновластными хозяйками выступают
здесь звонкие сопрано.
Вершины женского голоса поднялись выше. В XVIII в. Моцарт восхищался
певицей Лукрецней Аджуяри, которая брала «до» четвертой октавы - 2018
колебаний в секунду. Француженка Мадо Робен (умерла в 1960 г.) пела
полным голосом «ре» четвертой октавы - 2300 колебаний в секунду.
Звуки с частотой выше 3000 колебаний в секунду в качестве самостоятельных
музыкальных тонов не используются. Они слишком резки и пронзительны.
Не все комбинации звуков доставляют удовольствие слушателю.
Оказывается, приятное ощущение создают такие звуки, частоты колебаний
которых находятся в простых отношениях. Если звуковые частоты находятся
в отношении 2:1, то говорят об октаве, если 5:4 - о большой терции,
отношение 4:3 дает кварту, а 3:2 - квинту. Ощущение благозвучности
теряется, если частоты звуковых колебаний нельзя представить такими
простыми соотношениями. Тогда музыканты говорят о диссонансе. Ухо
хорошо ощущает сочетания различных тонов. Поэтому люди даже с
посредственным слухом чувствительны к диссонансам.
Знаменитому немецкому естествоиспытателю Герману Гельмгольцу мы
обязаны объяснением этих явлений. Именно он впервые изучил резонаторы,
разложил музыкальный звук в спектр, раскрыл секрет тембра, создал теории
человеческого голоса и слуха, математически объяснил закономерности
музыкальной гармонии.
3. Тембр звука.
Слайд № 18.
Кроме громкости и высоты тона, музыкальные звуки характеризуются еще
одним очень важным понятием - тембром звука.
Получить чистый звук со строго определенной частотой колебаний, даже при
полном отсутствии посторонних шумов, очень трудно, и вот почему. Любое
колеблющееся тело издает не только один основной звук. Его постоянно
сопровождают звуки других частот. Эти «спутники» всегда выше основного
звука и называются поэтому обертонами, т. е. верхними тонами. Однако не
стоит огорчаться существованием этих «спутников». Именно они-то и
позволяют нам отличать звук одного инструмента от другого и голоса
различных людей, если даже они равны по высоте. Каждому звуку обертоны
придают своеобразную окраску, или, как говорят, тембр. И если основной
звук сопровождается близкими ему по высоте обертонами, то сам звук
кажется нам мягким, «бархатным».
Слайд № 19.
Множеством различным тембров обладает орган. Диапазон органа превышает
диапазон всех инструментов оркестра, вместе взятых. Окраска звуков
отдельных регистров напоминает тембры флейты, гобоя, английского рожка,
кларнета, басового кларнета, трубы, виолончели, человеческого голоса,
колокольчиков и множество других знакомых и незнакомых тембров.
Звучность органа соло производит поистине величественное впечатление. И
когда слушаешь большой орган, невольно встают в памяти прекрасные стихи
Бориса Пастернака:
Орган отливал серебром,
Немой, как в руках ювелира
А издали слышался гром,
Катившийся из-за полмира.
Покоилась люстр тишина,
И в зареве их бездыханном
Играл не орган, а стена,
Украшенная органом.
Ворочая балки, как слон
И, освобождаясь от бревен,
Хорал выходил, как Самсон,
Из кладки, где был замурован.
Стихи читаются под звуки органа.
Отражение звука. Слайды № 20-21.
Характер восприятия звука во многом зависит от планировки помещения, в
котором слушается речь или музыка. Объясняется это тем, что в закрытых
помещениях слушатель воспринимает, кроме прямого звука, еще и слитный
ряд быстро следующих друг за другом его повторений, вызванных
многократными отражениями звука от находящихся в помещении предметов,
стен, потолка и пола.
Увеличение длительности звука, вызванное его отражениями от различных
препятствий, называется реверберацией. Реверберация велика в пустых
помещениях, где она приводит к гулкости. И наоборот, помещения с мягкой
обивкой стен, драпировками, шторами, мягкой мебелью, коврами, а также
наполненные людьми хорошо поглощают звук, и потому реверберация в них
незначительна.
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
t > 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 троекратно
повторяют 7 слогов, а в замке Вудсток в Англии эхо отчетливо повторяет 17
слогов!
Название «эхо» связано с именем горной нимфы Эхо, которая, согласно
древнегреческой мифологии, была безответно влюблена в Нарцисса. От тоски
по возлюбленному Эхо высохла и окаменела, так что от нее остался лишь
голос, способный повторять окончания произнесенных в ее присутствии слов.
Ш. Применение - закрепление знаний.
Решение задач.
Учащимся раздаются карточки с заданиями.
1. Может ли звук сильного взрыва на Луне быть слышен на Земле?
2. Длина волны 4 м, а скорость ее распространения равна 20 м/с. С какой
частотой колеблется источник волны?
3. Эхо звука, посланного эхолотом в водоем, человек услышал через 4 с.
Какова глубина водоема? Скорость звука в воде следует принять равной 1450
м/с.
IV. Итоги урока.
V. Домашнее задание. § 35 – 38, Упр. 32 (1, 2, 4)
Скачать материал

Физика - еще материалы к урокам: