Звуковые волны
методическая разработка по физике (8 класс) по теме

УРОК ФИЗИКИ

«Звуковые волны» (слайд 1)

Цель урока(слайд 2):

1. показать взаимосвязь физики с биологией, географией;
2. расширить понятие «звуковые волны»;
3. рассказать о звуках в  природе;
4. показать применение физики в жизни;
5. воспитывать бережное отношение к окружающему животному и растительному миру;
6. развивать познавательную активность учащихся.

Ход урока: (слайд 3)

1. Вступление
2. Звуковые волны: слышимые человеком, инфразвук, ультразвук, гиперзвук
3. Акустические сигналы
4. Акустические свойства различных мест обитания
5. Применение ультразвука
6. Закрепление

(слайд 4) Обычно, когда говорят о звуках, издаваемых животными, прежде всего говорят о птицах, так как чаще всего мы слышим их голоса. Что же касается других живых организмов, то многие считают их чуть ли не немыми. Хотя на самом деле это не так, просто мы не всегда можем их услышать, звуковая связь между ними осуществляется на недоступной для нашего слуха высоте.
(слайд 5) Изучение нового материала.

1.         Проблемный вопрос и его решение.

1. Для чего нам природой даны уши?
2. Все ли звуки мы можем слышать? (Ответы учащихся.)

        2. Процесс возникновения и восприятия звуковых волн.
Звуковые волны - упругие волны в среде, вызывающие у человека слуховые ощущения.

Колебания источника звука (например, струны или голосо вых связок) вызывают в воздухе волны сжатия и разряжения.  Достигнув человеческого уха, звуковые волны заставляют барабанную перепонку совершать вынужденные коле бания с частотой, равной частоте колебаний источника. Слуховые ощущения у человека вызывают звуковые волны с частотой коле баний, лежащей в пределах от 16 Гц до 20 кГц.

(слайд 7) В воздухе скорость звука была впервые измерена в 1836 г. французом М.Марсенном.  При температуре 200 С она составила 343 м/с. (Для сравнения: Скорость пули из автомата Калашникова 825 м/с, т.е. пуля обгоняет звук выстрела и достигает жертву до того, как приходит звук.)

(слайд 8)

1. Акустика (от греч. akusticos – «слуховой») – учение о звуках.
2. Есть «слышимые» и «неслышимые» звуки.
3. В обыденном понимании звук – это то, что воспринимает человеческое ухо.
4. Звуки слышат не только люди, но и животные, и даже растения в той или иной степени реагируют на звуки.

(слайд 9,10)

1. Волны с частотой ниже 16 Гц называются инфразвуком. Такие волны возникают при землетрясении, извержении вулкана, грозовом разряде, взрыве ядерной бомбы.

4.        Волны с частотой колебаний источника свыше 20 кГц (ультразвук) также не вызывают слуховых ощущений у человека. Ультразвук способны излучать и улавливать некоторые животные: летучие мыши, дельфины.

   Просмотр слайдов (слайд 11-19), слайд 15 – сообщение учащегося.                  

    (слайд 20 - 21) На земле примерно 1018 различных насекомых. Все они отличаются числом взмахов крылышек, а значит, и длина волны, которую они генерируют, различна. У рыб используются преимущественно органы, основная функция которых не имеет прямого отношения к генерации звуков (это — плавники, плавательный пузырь).                          

        (слайд 22) Исследования показали, что если с растением разговаривать, то они растут лучше. Звуковые волны нашего голоса заставляют клетки растений вибрировать. У растений, на которые действует классическая музыка и джаз, вырастают плотные здоровые листья и хорошо развиты корни. Под воздействием рока у них настолько плохо развиваются корни, что растения начинают умирать.

Просмотр слайдов (слайд 23) – о колибри.

   (слайд 24) Среда обитания животных оказывает влияние на формирование у них особенностей системы звуковой сигнализации.
   (слайд 25) В пустыне и степи воздух днём отличается низкой влажностью и высокой температурой. В таких условиях значительно ухудшается передача звуков частотой более 1 кГц, так как эти частоты сильно поглощаются. При относительной влажности воздуха 20% затухание звука частотой 3 кГц составляет 14 дБ на 100 м.

(слайд 26) На распространение звука в лесу или в густой траве влияет плотность и высота растительного покрова. Так, при прохождении звука частотой 10 кГц над густой высокой травой затухание составляет 0,6 дБ на 1 метр, в то время как при распространении его над землёй с редкой невысокой травой – всего 0,18 дБ на 1 метр.

        (слайд 27 - 28) Люди просто не замечают некоторые явления, предшествующие землетрясению, но животные, которые ближе к природе, могут ощущать их и проявлять беспокойство. Лошади ржут и убегают, собаки воют, а рыбы начинают выпрыгивать из воды. Животные, которые обычно прячутся в норах, такие как змеи и крысы, внезапно выходят из нор: шимпанзе в зоопарках становятся беспокойными и проводят больше времени на земле.

        (слайд 29) Был очень известный случай в Ленинакане: за два часа до землетрясения собака – лайка – потянула своего хозяина из дома на улицу, хотя недавно вернулась с прогулки. Когда хозяин лайки позвонил в милицию, его обсмеяли. Позвонил в горисполком – та же реакция. Он велел всем соседям выйти из дома и вывел свою семью. Те люди спаслись, а десятки тысяч погибли

        (слайд 30) «Я живу в Иркутске. Это сейсмоопасная зона. В 1998 году моя кошка очень странно себя вела перед землетрясением. Пряталась под кровать, громко мяукала, бегала за всеми, как хвостик. Боялась... Вскоре и начались толчки».

(слайд 27) – сообщение учащегося.

(слайд 31 - 32)  Если землетрясения случаются под океаном, то они могут образование гигантской волны высотой более 30 м.

Такая волна называется цунами.

(слайд 33) Применение ультразвука:

1.  Эхолокация
2.  Ультразвуковая дефектоскопия
3.  УЗИ

(слайд 35 - 38) Закрепление материала:

        Хорошо проводит звук земля, поэтому в старые времена при осаде в крепостных стенах помещали «слухачей», которые по звуку, передаваемому землей, могли определить, ведет ли враг подкоп к стенам или нет.

          Как вы думаете, почему «слухачами» в древние времена очень часто были слепые люди?

1. Судья соревнований по ходьбе стоит на финише. Когда он должен пустить в ход свой секундомер: когда увидит дым стартового пистолета или услышит выстрел?
2. Может ли возникнуть эхо в степи?
3. На каком расстоянии от корабля находится айсберг, если посланный  гидролокатором ультразвуковой сигнал был принят обратно через 3 с? Скорость звука в воде принять 1500 м/с.

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

4.   Почему во время грозы сначала видим молнию, а потом слышим гром?

        (слайд 39) Разгадывание кроссворда

Подведение итогов

        (слайд 40) Проверка кроссворда

        (слайд 42) Использованная литература

1. Д.Галенс, Н.Пир «Книга ответов для почемучек», Харьков 2007 г.изд. «Книжный клуб», 398 с.
2. «Планета чудес и загадок», Германия, 2006 г, изд. «Ридерз Дайджест», 432 с.
3. Брилев Д.В. «Физика», т.10, Москва 2006 г, изд. «Мир книги», 128 с.
4. «Биология» т.13, «Бионика» т.15, Москва 2005 г, изд. «Мир книги», 128 с.
5. «Физика», Москва 2006 г, изд. «Мир книги», 192 с.

После того, как гигантские волны, обрушившиеся на побережье острова Цейлон, схлынули – здесь воцарилась необычная и гнетущая тишина. «Здесь птицы не поют, деревья не растут» пришли в голову строки известной песни. Однако среди развалин и завалов национального парка Шри-Ланки напрасно искали трупы погибших в стихии животных

Спасатели разыскали около двух сотен обезображенных останков местных жителей и туристов. Однако предпринятые многочасовые поиски разложившихся туш слонов и прочей живности оказались безуспешными. На территории в более чем 100 га и расположенного фактически на побережье Индийского океана парка Яла (Yala) и через несколько дней после трагедии поисковые команды так и не обнаружили диких животных .

Кстати, парк Яла – приют для местных и мигрирующих животных. Это настоящая родина слонов (примерно 200 особей). Здесь можно встретить медведей, диких буйволов, пятнистых оленей, кабанов, леопардов (их здесь более 30) и более мелких животных. Здесь обитают серые лангуры (обезьяны Ханумана), вараны, морские и сухопутные черепахи. Парк Яла особенно знаменитый тем, что на его территории обитают 5 известных видов черепах. Поражает разнообразие птиц в лагунах: черношеие аисты и белоснежные ибисы, фламинго, пеликаны, бакланы и многочисленные виды цапель. Фазаны, петухи, павлины и дикие курицы, цапли и яканы.

По словам вице-директора национального парка доктора Ратнайяка (Ratnayake), в застигнутой стихией зоне «не найдено не только трупов слонов, но даже ни тушки кролика или зайца». Перед «большой волной», вся живность километра на три углубилась в дебри парка.

В связи с последними роковыми событиями на побережье Индокитая и новыми сообщениями об угрозе стихийных бедствий для Севера Европы , среди научной общественности и рядовых граждан снова встает вопрос. Обладают ли животные «шестым чувством», которое помогает им выжить при стихии , например, при приближении цунами?

Оставим в стороне бредни об истерически лающих собаках , выпрыгивающих из воды рыбах и крутящихся вокруг своей оси (или хвоста) – крупном рогатом скоте. Такие истории сопровождают человечество во все эпохи, где нет разницы между «темным» Средневековьем и «продвинутым» материализмом.

Сотрудница программы сохранения диких тигров на индонезийском острове Суматра, одном из наиболее пострадавших районов стихийного бедствия, Дебби Мартир считает:

- Животные, особенно дикие, крайне чувствительны, у них очень хороший слух, и, возможно, они услышали приближающуюся волну еще издалека. Наверняка были вибрации и, возможно, даже перемены в атмосферном давлении, что встревожило животных и заставило их уйти туда, где они чувствовали бы себя более безопасно .

И хотя научных подтверждений наличия «шестого чувство» у представителей фауны пока не существует, некоторые ученые не склонны упрощать проблему.

- Предчувствия у животных – это не выдумка, просто факты говорят сами за себя и таковых достаточно много, - замечает профессор физической химии из берлинского Свободного университета Хельмут Трибуч (Helmut Tributsch). - Однако возникают трудности с доказательствами, так как заниматься этим вопросом на протяжении длительного промежутка времени требует финансовых затрат. Да и сильные землетрясения все же редкость.

Профессор в течение последних 30 лет занимался изучением «шестого чувства» у животных, пишет Spiegel. В 1976 году, когда сильное землетрясение разрушило деревеньку на Севере Италии, крестьяне спросили ученого, «как животные могли узнать о беде раньше людей»?

Уже древнеримский ученый и писатель Плиний Старший (Plinius) (23 или 24 - 79 гг.), между прочим, погибший при извержении Везувия, в качестве одного из четырех признаков перед землетрясением называл беспокойство у птичьих стай. Немецкий естествоиспытатель, географ и путешественник, иностранный почетный член Петербургской АН Александр Гумбольдт (Alexander von Humboldt) писал в 1797 году, что незадолго до того, как в венесуэльском городе Кумане (Cumana) задрожала земля – «животные резвились, как сумасшедшие» (die Tiere verrückt spielten).

Перечень животных, которые чутко реагируют на подземные толчки, достаточно велик, но его можно свести к минимуму – это звери, ютящиеся в норах, скалах или ползающих по поверхности. Прежде всего, мыши, крысы, змеи, летучие мыши. Часто повторяются в сообщениях рыбы, крупный рогатый скот и лошади. Статистически при рассмотрении имеются эти феномены

- По статистике, за 20 часов до землетрясения силой 6 с половиной баллов и выше по шкале Рихтера, то есть, чем ближе землетрясение, тем более отчетливо проявляются изменения в поведении животных, - утверждает герр Трибуч.

Наблюдения, например, показывают, что перед землетрясением в атмосфере появляются заряды, которые могут вызвать появление зарниц. О необычных световых явлениях, которые возникали до и после землетрясения, писали в октябре 2003 г. в специализированном журнале «Seismological Research Letters» канадские ученые.

Загадочные огни, появляющиеся при землетрясении, описываются уже с античных времен. Сенека упоминает «необъятные колонны огней», которые могли бы предотвратить разрушение городов Гелике и Бура. В 1968 г. японский геолог Ютака Ясуи (Yutaka Yasui) впервые представил фотографии лентообразного красного и синего свечения на фоне неба, которое сопровождал шум незначительного землетрясения в районе Мацусиро (Matsushiro).

«Хорошо известно», - говорит Трибуч, - «что положительно заряженные частицы воздуха, так называемые аэрозоли, ведут к образованию в мозгу - серотонина. Это вещество вызывает волнение и страх».

Конечно, это не единственное, чем можно объяснить беспокойство животных незадолго до землетрясения. Эпицентр 9-балльного землетрясения, которое вызывало цунами в Юго-Восточной Азии, лежал на глубине 40 км, а водные массы прикатились к побережью лишь спустя несколько часов. «Возможно, животные могут воспринимать колебания звука и вибрации, которые возникают, если волны поднимаются над морским дном», предполагает доктор Трибуч. «Звук в горной породе распространяется существенно быстрее, чем морская волна».

Жители тех районов, которым постоянно угрожают землетрясения, неоднократно пытались использовать животных в качестве живых систем раннего оповещения  - разумеется, с переменным успехом. «В конце 60-х и начале 70-х годов правительство КНДР распределяло среди китайских крестьян веера с указаниями, какие сигналы они должны были подавать органам на местах в случае опасности», рассказывает немецкий профессор. В свое время успех автору принесла его книга «Когда пробуждаются змеи» (Wenn Schlangen erwachen).

              Головокружение от успехов случилось в феврале 1975-го. Жители  одного китайского города наблюдали, как, пробудившиеся от зимней спячки, змеи ползали днем по улицам и погибали на них от холода. Жителей срочно эвакуировали. Спустя несколько дней чудовищное землетрясение силой 7, 3 балла сравняло город с землей. К счастью, благодаря змеям, а не библейскому Змию-искусителю, погибло только 4 человека.

- Безусловно, мы располагаем многочисленными сообщениями о том, что некоторые животные были так же застигнуты врасплох землетрясением, как и люди, - говорит Трибуч. - Разумеется, такие случаи можно было бы использовать, чтобы проверить теорию о причинах восприятия «предупредительных сигналов» у представителей фауны.