План-конспект занятия: Механические волны. Звуковые волны. Источники звука.
методическая разработка

Пояснительная записка

              Автор разработки урока: Хусаинова Альбина Раильевна.

               Тема учебного занятия: Механические волны. Звуковые волны. Источники звука.

               Цель работы:

• разработать интересный для учащихся материал, используя различные области знаний;
• повторить, систематизировать, закрепить и углубить знания по теме «механические и звуковые волны»;

                Задачи:

• используя знания “Microsoft Word”, ”Paint” и навыки работы с ним, создать необходимые тексты, таблицы, картинки.
• создать дидактический материал с использованием средств ИКТ для преподавателя физики.

        Основное содержание работы

Работа представлена в виде занятия входящего в раздел «Колебания и волны». Материал создаётся с помощью ЦОР, что может быть интересно даже тем, кто испытывает трудности при изучении физики.

        Применяемые методы и технологии

Данная работа выполнена для проведения занятия по теме «Механические волны. Звуковые волны. Источники звука.» как слайд шоу, подготовленная преподавателем.

         Ожидаемые результаты.

Работа может быть использована как на самом занятии по предмету физика, так и на факультативном занятии.

Она направленная на развитие интереса обучащихся на формирование общеучебного умения работать с информацией, а именно: находить, понимать, анализировать информацию физического содержания, использовать её в собственных целях.

План-конспект урока

Тема:  «Механические волны. Звуковые волны. Источники звука.»

Требования стандарта по данной теме:

Обязательный минимум содержания основных образовательных программ. Механические и звуковые волны и их некоторые характеристики. Область применения ультразвука.

Тип урока: изучение нового материала

Цели занятия: 

• личностные

Развитие интересов и способностей обучающихся на основе передачи им знаний и опыта познавательной деятельности

• метапредметные

Формирование информационной, коммуникативной и учебной компетентности обучающихся.

• предметные

Углубление, расширение, систематизация знаний при рассмотрении темы механические, звуковые волны и повторение механических колебаний

Задачи занятия:

• личностные

1.Обеспечить познавательную мотивацию обучающихся, при  изучении темы механические, звуковые волны и повторение механических колебаний.

2.Провести рефлексию деятельности после рассмотрения темы механические, звуковые волны и повторение механических колебаний.

• метапредметные

1. Организовать работу в группах по решению практических заданий (явлений) характеризующих звук.

2.Выслушать устные ответы обучающихся, объясняющих наблюдаемые явления.

3.Организовать индивидуальную работу обучающихся, с раздаточным материалом.

• предметные

1.Формировать у обучающихся, понятия по теме механические, звуковые волны и колебания.

2.Формировать у обучающихся, умения наблюдать  и объяснять физические явления, встречающиеся в жизни с точки зрения науки.

Планируемые результаты

• личностные

Самоопределение:

-рефлексивная самооценка учебной деятельности

Смыслообразование:

-мотивация образовательной деятельности на основе демонстраций;

-самостоятельность в приобретении новых знаний и практических умений.

• метапредметные

Коммуникативные:

-формирование умений работать в группе с выполнением различных социальных ролей, представлять и отстаивать свои взгляды и убеждения;

-вести дискуссию;

-развитие монологической и диалогической речи, умения выражать свои мысли;  способности выслушивать собеседника, понимать его точку зрения; признавать право другого человека на иное мнение;

Познавательные:

-понимание различий между исходными фактами и гипотезами для их объяснения, теоретическими моделями и реальными объектами, овладение универсальными учебными действиями на примерах гипотез для объяснения известных фактов и экспериментальной проверки выдвигаемых гипотез, разработки теоретических моделей процессов или явлений;

Регулятивные:

постановки целей, планирования, самоконтроля и оценки результатов своей деятельности, умениями предвидеть возможные результаты своих действий.

• предметные

Факты:

-выдвижение гипотез о возможных видах механических, звуковых колебаний и волн;

- зависимость периода, частоты колебаний от длины нити

-зависимость длины волны от частоты.

Эмпирические понятия:

- период

-частота

- амплитуда

-длина волны

-скорость распространения волны

-поперечные волны

-продольные волны

-звуковые волны.

 Методы обучения:

Беседа, объяснение, рассказ преподавателя с применением презентации «Механические и звуковые волны», практические задания, демонстрационные опыты, эвристические задания. Эти методы обучения обеспечивают поисковый и творческий характер познавательной деятельности обучающихся, мотивацию деятельности, сотрудничество обучающихся и преподавателя, контроль и самоконтроль. Методы обучения соответствуют учебному содержанию и цели урока.

Организация учебной работы на уроке:

Осуществляется постановкой учебных задач на каждом этапе, применяются разные формы работы на уроке: индивидуальная, фронтальная. Осуществляется развитие логического мышления, умений сравнивать, делать выводы. Осуществляется чередование разных видов деятельности обучающихся. Преподаватель выступает не в роли контролёра, а в роли организатора деятельности.

Оборудование: ПК для преподавателя, мультимедийный проектор. камертон; воздушный шарик; линейка металлическая; штатив с лапкой; теннисный шарик на нити, штатив, подставка.

Дидактическое оснащение урока:  мультимедийный курс «Физика, 7–11 классы»;

                                                               ЦОР (презентация урока в программе MS Power Point).

Продолжительность урока: 1час 30 мин.

План урока.

Ход урока.

1. (t, мин: 5 – 10мин;)
Содержание: Организационный этап. Доброе день… Присаживайтесь;
Методические аспекты: Приветствие. Подготовка к восприятию.

2. (t, мин: 5 – 11 мин;)
Содержание: Повторение опорных знаний.   Мы многое уже с вами узнали о механических колебаниях. Мне хотелось бы узнать, все ли разобрались с пройденным материалом

I. Проверка домашнего задания; актуализация опорных знаний

Проверка домашнего задания осуществляется с вопросами к параграфу учебника. Во время краткого повторения акцентируем внимание на следующих вопросах.

Вопрос класса

• Какое движение называют колебательным?

• Что такое период колебаний? В каких единицах он измеряется?

• Что такое частота колебаний? В каких единицах измеряются она?

• Как связаны между собой эти величины?

• Что называют амплитудой колебаний?

• Какие колебания называют затухающими, а какие — незатухаючими? свободными и вынужденными?

3. t, мин:30 –40 мин;
Содержание: Объяснение нового материала

Все слышали о существовании различных по природе и форме волн. Это и сейсмические волны, зарождающиеся в недрах нашей планеты, и гигантские океанские волны — цунами и приливные волны на морском берегу, и, наконец, звуковые волны, которые позволяют нам получать информацию об окружающем нас мире. Все эти волны различной физической природы, но объединяет их то, что в каждом случае волна — это колебания, которые распространяются в пространстве с течением времени. Обучающиеся записывают в тетради определение волны.

Демонстрация 1. Демонстрируется волна (Видеофрагмент, анимация)

Итак, для того чтобы механическая волна распространялась, необходимое упругое среду, то есть среду, в которой частицы могли бы осуществлять колебательное движение.

Главной особенностью таких колебаний является то, что они распространяются в пространстве. Наглядную картину таких волн дает волна на поверхности воды

Рассмотрим механизм распространения колебаний      ( анимация колебаний частиц)

Записываем определение волны

Виды волн

А) поперечная      

Причина образования волны         ( демонстрация  видеофрагмента)

Среда распространения

Б) продольная          

Причина образования волны

Среда распространения

В) волна на поверхности воды

Основные величины характеризующие  распространение волн (длина волны, скорость распространения, частота, период)

Мир, окружающий нас, можно назвать миром звуков. Попробуйте выключить звук, когда смотрите фильм. Информация, получаемая вами, не будет полной без звука. Мы слышим голоса людей, пение птиц, звуки музыкальных инструментов, гром во время грозы, шелест листьев, тиканье часов. О том, как рождаются звуки и что они собой представляют, люди начали догадываться очень давно. Еще древнегреческий ученый Аристотель, исходя из наблюдений,  объяснил природу звука. Сегодня на уроке мы попытаемся «услышать» звук, понять его природу: как звуки рождаются, как передаются и умирают.

Проведём опыт – его цель: выяснить причины возникновения звука. (Опыт с металлической линейкой, зажатой одним концом в тисках.) Что вы наблюдали? Какой можно сделать вывод? Колеблющееся тело создаёт звук.

Проведём следующий опыт – его цель: выяснить, всегда ли звук создаётся колеблющимся телом. (Опыт с камертоном и  шариком, подвешенным на нити вблизи вилки.) Вы слышите звук, который издаёт камертон, но колебания вилки зубьев камертона не видны. Чтобы убедиться в том, что колебания действительно происходят, осторожно пододвинем его к теннисному шарику и увидим, что шарик начинает совершать периодические движения. Вывод: звук порождается любым колеблющимся телом.

Опыт с двумя камертонами. Что будет происходить с камертонами, если стукнуть по ветке одного камертона и поставить рядом другой? И почему? Что при этом происходит, что начинает звучать второй камертон?

Мы живём в океане звуков. Существуют как искусственные, так и естественные его источники. К естественным источникам относятся наши голосовые связки. Воздух, которым мы дышим, выходит из лёгких через дыхательные пути в гортань, где находятся голосовые связки. Под давлением выдыхаемого воздуха они начинают колебаться. Роль резонатора играют полости рта и носа, а также груди. Для членораздельной речи кроме голосовых связок необходимы также язык, губы, щёки, мягкое нёбо и надгортанник. К естественным звукам также относятся писк комара, жужжание мухи, пчелы – их источником являются колеблющиеся крылья.

Проведём опыт с воздушным шариком: проткнём его. (Шарик лопается с громким звуком.) За счёт чего создаётся звук? Воздух в шарике находится в сжатом состоянии. Если шар проколоть, воздух резко расширяется и создаёт звуковую волну.

Итак, звук создаёт не только колеблющееся, но и резко изменяющееся в объёме тело. Очевидно, что во всех случаях происходит быстрое перемещение слоёв воздуха, т.е. возникает звуковая волна.

Звуковая волна невидима. Но её можно услышать и зарегистрировать с помощью физических приборов

Звуковые волны - это волны, частоты которых лежат в диапазоне от 16 Гц до 20 кГц.

Именно такие колебания мы воспринимаем как звук. Звуковые волны в воздухе - это продольные волны, то есть поочередное разрежения и сгущения воздуха. Звуковые волны порождает какое-либо колеблющееся тело: голосовые связки, мембрана динамика, музыкальные инструменты и т.п.

Наши уши воспринимают в виде звука колебания, частоты которых находятся в пределах от 16-20 Гц до 20 кГц. (Такие колебания называют акустическими. Раздел физики, изучающий способы возникновения звуковых волн, их распространение и взаимодействие со средой, называют акустикой.)

Любое тело (твердое, жидкое или газообразное), колеблющееся со звуковой частотой, создает в окружающей среде звук.

Есть звуки, не слышимые человеческим ухом. Это инфразвук (частота колебаний меньше 16 Гц) и ультразвук (частота больше 20 000 Гц).

Исследуя инфра- и ультразвуки, учёные открыли много интересного. Послушайте некоторые факты некоторых факты

• Инфразвук

В двадцатых годах прошлого века учёные обратили внимание на странные явления, вызываемые низкочастотными (ниже 16 Гц) колебаниями. Интерес к ним возник после одного загадочного происшествия. В Марселе (Франция) рядом с научным центром была построена небольшая фабрика. Вскоре после её пуска в одной из научных лабораторий обнаружили странные явления. Пробыв в помещении пару часов, исследователь становился абсолютно тупым: с трудом решал даже несложную задачу.

Колебания частотой 7 Гц опасно воздействуют на мозг человека, возможно, потому, что эта частота соизмерима с периодом альфа-ритмов, одной из составляющих биотоков мозга. При совпадении частоты инфразвуковых колебаний с частотой сокращения сердца у подопытных животных лопались кровеносные сосуды: они не выдерживали возросшего напора крови. Это, конечно, экспериментальные крайности.

Вообще же инфразвуки возникают при сильном ветре и морском волнении, во время грозы и землетрясения, они сопровождают работу различных промышленных установок и средств транспорта. Раздражающие нас шумы звуковой частоты легко зафиксировать приборами и измерить их интенсивность, в то время как инфразвук для шумомеров почти неуловим. Мы говорим «почти», ибо за последние годы научились регистрировать и низкочастотные колебания, которые подсказывают приближение землетрясения или страшного для прибрежных стран цунами.

Инфразвуки во многих случаях неблагоприятно воздействуют на психику человека. Почему это происходит, пока ещё не ясно. Но одно несомненно: человек не безразличен к инфразвукам, они рефлекторно вызывают отрицательные эмоции. Поэтому от инфразвуков желательно себя ограждать.

• Ультразвук

Ультразвуки давно и тщательно исследуются. Эти колебания оказывают сильное воздействие на живой организм: нити водорослей разрываются, живые клеточки лопаются, кровяные тельца разрушаются; мелкие рыбы и лягушки умерщвляются за 1–2 мин; температура тела испытуемых животных повышается (у мыши, например, до 45 °С).

Неслышимый ультразвук находит применение в медицине, как и невидимое ультрафиолетовое излучение. Особенно успешно применяется ультразвук в металлургии: для обнаружения неоднородностей, раковин, трещин и других дефектов в толще металла. Метод состоит в том, что испытуемый металл покрывают плёнкой масла и облучают ультразвуком. Звук рассеивается неоднородными участками металла, образуя как бы звуковую тень, и неоднородности так чётко вырисовываются на фоне равномерной ряби, покрывающей масляный слой, что получившуюся картину можно фотографировать.

4. Работа с текстом (отгадывают кроссворд).

А теперь проработаем с текстом.

1. Наши уши воспринимают в виде звука колебания, частоты которых находятся в пределах от 16-20 Гц до 20 кГц. Как называют такие колебания?

2. Как называется раздел физики в котором изучают звуковые явления?

3. Поперечными или продольными являются звуковые волны?

4. Назовите физические характеристики звука?

Физические характеристики звука

 Скорость звука

Звуковые волны, как и все другие волны, распространяющиеся с конечной скоростью, называемой скоростью звука, то есть для распространения колебаний от источника требуется определенное время.

Скорость звука в различных средах отличается в десятки раз. Например, скорость звука в воздухе - около 330-340 м/с (диапазон значений связан с тем, что эта скорость вследствие повышения температуры несколько увеличивается). В воде скорость звука составляет примерно 1500 м/с, а в стали - 5000-6000 м/с.

Колебания среды при прохождении волны являются вынужденными. А частота вынужденных колебаний, как мы уже знаем, равна частоте внешней силы. Следовательно, частота звуковых колебаний всегда равна частоте колебаний тела, что является источником звука. А поскольку частота волны и длина волны связаны соотношением λ = /v, мы видим, что при переходе звуковой волны из одной среды в другую изменяется длина волны. Например, вследствие перехода в среду, в которой скорость звука больше, длина звуковой волны увеличивается

 Высота и тембр звука

 Звуки, что издает камертон или другие гармонически колеблющиеся тела, называются музыкальными.

Различные шумы отличаются от музыкальных звуков тем, что им не соответствует определенная частота колебаний. Это смесь звуков самых разнообразных частот, беспорядочно чередуются.

Как известно, бас поет низким голосом, а тенор - высоким. От какой характеристики звуковой волны зависит высота звука? Опыты показывают, что высоту звука определяют частотой звуковой волны: чем больше частота волны, тем звук выше.

Например, писк комара соответствует 500-600 помахам его крылышек в секунду, жужжание шмеля - 220 помахам. Колебания голосовых связок певцов могут создавать звуки в диапазоне от 80 до 1400 Гц (см. таблицу), хотя в эксперименте фиксировались рекордно низкая (44 Гц) и высокая (2350 Гц) частоты.

В телефоне для воспроизведения человеческой речи используют область частот от 300 до 2000 Гц.

 Громкость звука

Изменяя силу удара по камертона молоточком, мы будем слышать звуки, отличающиеся по громкости. Но мы знаем, что чем сильнее мы ударяем, тем больше амплитуда колебаний ножек камертона. В случае увеличения амплитуды колебаний звучащего тела увеличивается и амплитуда колебаний в звуковой волне.

Это означает, что громкость звука определяют преимущественно амплитудой звуковой волны.

Однако громкость, что воспринимает ухо, зависит еще и от частоты звуковой волны, потому что ухо более чувствительно к одних частот и менее чувствительно - к другим. Например, ультразвук даже большой амплитуды человек не услышит.

Минимальное изменение давления, что может фиксировать человеческое ухо, определяет порог чувствительности.

Максимальное изменение давления, которое еще способно фиксировать человеческое ухо, определяет болевой порог.

Единицей измерения громкости является децибел (дБ). В приведенной таблице указана ориентировочная громкость звука различных источников. 

Громкость, равную 120 дб, называют болевым порогом: за такого уровня громкости возникают болезненные ощущения. А за длительного воздействия такого звука происходит необратимое ухудшение слуха: человек уже никогда не сможет услышать шелеста листьев.

4. t, мин:31 – 43 мин;
Содержание: Закрепление изученного материала

1) Выяснить, насколько хорошо вы вникли в тему нам позволит тест-взаимопроверка у вас на столе. Ответь сам и дай проверить соседу.

Тест.

1. Какой диапазон частот имеют звуковые волны?

а)16 – 20Гц    б) 20 – 30кГц    в) 16Гц – 20кГц

2. Что является источником звука?

а) любое тело    б) любое колеблющееся тело

в) любое колеблющееся тело с частотой 16Гц – 20кГц

3. Два космонавта находятся в космическом пространстве. Услышат ли они друг друга?

а) услышат, так как голосовые связки издают звук

б) не услышат, так как звуковые волны могут распространяться только в упругой среде.

4. Почему комар пищит, а шмель жужжит?

а) частота колебания крыльев комара большая

б) частота колебаний крыльев шмеля меньше

в) частота колебаний одинаковая.

5. Почему бабочки летают беззвучно?

а) крылья покрыты звукопоглощающим веществом

б) частота колебаний крыльев меньше частоты звуковой волны.

Ответили и поменялись друг с другом для выставления оценок.

2) Работа в группах.

А теперь нам необходимо разбиться на группы и исследовать звучание тех предметов, которые будут вам предоставлены.

1-й группе даются расчески с различной длиной зубьев. Объяснить, почему расчески звучат по-разному, если ими проводить по куску плотной бумаги. От чего это зависит.(Чем меньше зубья расчески, тем больше частота и, соответственно, выше звук.)

2-й группе подвесить ложки разной величины. Стукнув по ним, можно услышать разное звучание. От чего это зависит? (Звучание ложек зависит от частоты колебаний. Чем больше величина ложки, тем меньше ее частота и, следовательно, ниже звук.)

3-й группе исследовать звучание бокалов разной величины. Одни с водой, другие без воды. Отчего зависит издаваемый ими звук. (Звук поющего бокала зависит от частоты колебаний, на которую влияют глубина бокала и даже небольшая разница в толщине стенок. Наливая воду, мы меняем глубину бокала, соответственно, и частоту тоже. Поэтому звук получается разный.)

В заключение предлагаю вам, переставив местами  буквы, получить ключевые слова урока: фронтально работаем (буквы на экране)

КВЗУ – ЗВУК;

РАМТНОКЕ – КАМЕРТОН;

ТРЬАКЗУВЛУ – УЛЬТРАЗВУК;

ФРАКВЗУНИ – ИНФРАЗВУК;

ОКЛАБЕИНЯ – КОЛЕБАНИЯ.

5. t, мин:43 – 45 мин;

Содержание: Итоги урока, домашнее задание

На уроке мы выяснили, что:

• волна – это одно из самых замечательных понятий в физике, встречающихся в самых разнообразных проявлениях, практически во всех областях: волны на поверхности воды, в межзвездной среде, кристаллических решетках ,волны бегут по проводам. доносят до нас многообразие  цветов и изобилие звуков и это все колебания, которые совершаются в различных  средах
• любое колеблющееся тело создаёт звук; звук распространяется в воздухе в виде звуковых волн; звуки бывают слышимые и неслышимые; ультразвук – это неслышимый звук, частота колебаний которого выше 20 кГц; инфразвук – это неслышимый звук с частотой колебаний ниже 16 Гц; ультразвук широко применяется в науке и технике.

Выставление оценок.

Вот мы с вами и дошли до самой сути: определили суть и узнали всю истину о механических и звуковых волнах. Но пришло время подвести итог. Смотрим в свои оценочные листы, сколько балов вы набрали. Самые активно работавшие на уроке: _______ получают «5», другие – «4».

Домашнее задание: 

1 – ряд - Подготовить презентацию или реферат по теме « Звук и здоровье человека»

2 – ряд - Составить кроссворд « Звуковые волны»

3 – ряд -  Подготовить рассказ (сочинение) « Звуковые колебания. Источники звука»

Рефлексия. А теперь оцените свою работу по 10-бальной системе.

Я благодарю вас за урок

Использованная литература:

1. Фирсов А.В. «Физика для профессий и специальностей технического и ествественно-начного профилей» М.: Издательский центр «Академия», 2010. – 423 с.
2. Самойленко П.И. «Физика (для нетехнических специальностей) М.: Издательский центр «Академия»», 2009. – 400 с.
3. Самойленко  П.И. «Сборник задач и вопросов по физике: учебное пособие для студентов образовательных учреждений среднего профессионального образования» М.: Издательский центр «Академия», 2009. – 176 с.
4. Дмитриева В.Ф. «Задачи по физике: учебное пособие для студентов образовательных череждений среднего профессионального образования» М.: Издательский центр «Академия», 2009. – 336 с.
5. Физика.11 класс. Поурочные планы по учебнику Г. Я. Мякишева, Б.Б.Буховцева, В.А. Волков.- Москва: Вако,2009.-464с.
6. Интернет-ресурсы: