Разработка урока на тему «Распространение звука. Скорость звука»
план-конспект урока по физике (9 класс) по теме

Разработка урока на тему «Распространение звука. Скорость звука»

Цели урока.

Образовательная.  Показать, что звук распространяется в твердых, жидких и газообразных телах. Научить вычислять скорость звука.

Развивающая.  Развивать навыки индивидуальной работы, работы в группе и умения применять свои теоритические знания на практике.

Воспитательная. Воспитывать чувство ответственности, коллективизма, солидарности и уважительного отношения к товарищам. Продолжать формировать интерес учащихся к урокам физики.

Тип урока: изучение нового материала

Оборудование: ноутбук, проектор, будильник, стеклянный колокол, металлическая ложка, бечевка, нитка, линейка, стакан, кнопка, лепкая лента,  резинка, фольга, фонарь.

Ход урока

1. Организационный момент.
2. Проверка домашнего задания, повторение.

Письменный опрос. С индивидуальными заданиями работают 4 ученика.

Вариант 1. 1. Почему, изменяя натяжение струны, можно изменять высоту звука музыкального инструмента? (Натягивая струн, мы уменьшаем длину колеблющейся струны, таким образом  увеличиваем частоту колебаний, т.е. меняем высоту звука.)

2. Рабочая пчела, вылетевшая из улья, делает в среднем 180 взмахов в секунду. Когда же она возвращается в улье, количество взмахов возрастает до 280. Как это отражается на звуке?  (Звук  становится  более высоким,  т.к. увеличивается  частота  взмахов.)

Вариант 2. 1. Почему сруны,  предназначенные для создания  низких звуков (басовые) оплетают спирально  из  проволоки? ( Струны становятся тяжелее и частота колебаний уменьшается.)

2. Крупный дождь  можно отличить от мелкого по более громкому звуку, возникающего при ударах капель о крышу. На чем основана такая возможность? (Крупные капли дождя, ударяясь о крышу, вызывают колебания большей амплитуды, а  значит, большей громкости.)

Вариант 3.  1. На скрипке имеются всего 4 струны. Однако с помощью этих немногих струн музыкант получает огромное количество весьма разнообразных звуков. Как это делается и что при этом происходит с точки зрения физики? (Зажимая струну, мы уменьшаем длину колеблющейся струны, таким  образом  увеличиваем частоту колебаний, т.е. меняем высоту звука.)

2. Стук получается более громкий, если стучать не в стену, а в дверь с одинаковой силой.  Почему это происходит? ( При одинаковой силе удара, у двери амплитуда колебаний будет больше, чем у стены, а значит, выше громкость звука.)

Вариант 4. 1. Кто чаще взмахивает в полете крылышками: шмель или комар? ( Комар, т.к. звук, издаваемый комаром выше, чем звук, издаваемый шмелем.)

2. На какую характеристику волны – частоту или длину волны – реагирует человеческое ухо? ( Частоту.)

III. Фронтальный опрос.

-  Что изучает акустика? ( Акустика – раздел механики, изучающий звуковые волны.)

- Каким общим свойством обладают все источники звука? ( Колеблются )

- Механические колебания каких частот называются звуковыми и почему? ( 20-20000Гц, т.к. колебания именно этих частот воспринимаются человеческим ухом.)

- От чего зависит  высота звука? ( От частоты колебания источника звука.)

- Что такое тембр звука? ( Индивидуальная особенность сложной звуковой волны.)

- Как изменится громкость звука, если уменьшить амплитуду колебания его источника? ( Уменьшается.)

- От чего зависит громкость звука? (От амплитуды колебания источника звука.)

- Как отражается на здоровье человека систематическое действие громких звуков? ( Звуки высокой громкости не просто надоедают и утомляют – они могут серьезно подорвать здоровье человека. Люди, работающие в шумных условиях страдают профессиональными заболеваниями органов слуха.)

- Приведите примеры искусственных источников звука. ( Камертон)

IV. Изучение нового материала.

1. Демонстрация опыта с будильником под воздушным колоколом.  В стеклянный колокол помещают электрический звонок и выкачивают воздух. Звук становится все слабее и, наконец, прекращается.

- Почему так происходит? (Для распространения звука необходима, упругая среда. В вакууме звуковые волны распространяться  не могут.)

- В какой среде скорость звука меньше: в газах, жидкостях и твердых телах? (Наименьшая скорость звука будет в газах, т.к. газ – наименее плотная среда.)

     Из простейших наблюдений можно увидеть, что распространение звуковых волн происходит не мгновенно. Такие явления, как грозу, выстрел, взрыв, удар топором по дереву, мы вначале видим и только спустя некоторое время слышим сопровождающий их звук.

     Как и всякая волна, звуковая волна характеризуется скоростью распространения колебаний. Скорость распространения фазы волны в упругой среде жидкости или газа зависит от сжимаемости и плотности этой среды.

2. Распространение звуковых волн в газах. Наименее плотной средой является газ. Поэтому скорость звуковых волн в нем небольшая. Причем волны в газе затухают достаточно быстро.

    В воздухе скорость звука впервые была измерена в 1636 году французом М. Марсенном. При температуре 200С она составила 343 м/с. Для примера, начальная скорость пули из пулемета Калашникова 825 м/с, что превышает скорость звука в воздухе. Пуля обгоняет звук выстрела  и достигает своей жертвы до того, как приходит звук.

     Скорость звука зависит от температуры среды: с увеличением температуры воздуха она возрастает. Конечно, в рамках небольшого изменения температуры скорость меняется незначительно. Например, для воздуха при t=20оС скорость звука равна 334 м/с, а при t=0оС она равна 331 м/с. На качественном уровне этот факт можно    объяснить тем, что при низких температурах скорость молекул газ меньше и процесс переноса колебательного процесса молекул также уменьшается.

   В разных газах скорость звука различна: чем больше масса молекул газа, тем меньше скорость звука ( в водороде – 1284 м/с, в кислороде – 316м/с).

3. Распространение звука в жидкостях. Скорость звука в жидкости больше, чем в газе, т.к. жидкость является более плотной средой, и взаимодействие смежных слоев молекул происходит быстрее, чем в газе.

      Впервые скорость звука была измерена в воде на Женевском озере 1826 году. Она оказалась равной 1440 м/с. Следует иметь ввиду следующее обстоятельство: при переходе волны из-за отражения на границе «воздух-вода» в воду попадает лишь малая часть энергии исходной волны. Почти 99% энергии волны отражается.

      Когда волна идет из воды в воздух, также около 99% энергии волны отражается в воду. Следовательно, очень редко звуковые волны, созданные под водой, регистрируются на берегу. Для регистрации звуковых волн под водой необходимо регистрирующие приборы опустить на определенную глубину, тогда можно услышать множество звуков, издаваемых живыми организмами подводного мира.

4. Распространение звуковых волн в твердых телах. Самая большая скорость звуковых волн в твердых телах. Это связано с особенностью строения твердых тел. Т.к. звуковая волна является продольной, то она не гаснет, переходя из твердого тела в газ или жидкость, поэтому при подземных взрывах, землетрясениях всегда слышен гул.

Благодаря тому, что твердые тела хорошо проводят звуковые волны, возможно обучение глухих людей игре на музыкальных инструментах и танцам. Вибрация пола, корпуса музыкального инструмента позволяет глухим людям распознавать музыкальные такты и даже ноты. Благодаря этому некоторые люди, потерявшие слух, бывают способны танцевать под музыку, которое доходит до их слуховых нервов не через воздух и наружное ухо, а через пол и кости.

В давние времена в крепостных стенах помещали «слухачей», которые по звуку, передаваемому землей, могли определить, ведет ли враг подкоп к стенам или нет.

V.  Вопросы  на  закрепление.  Почему во время  грозы сначала видим молнию и лишь потом слышим гром? (Т.к. скорость света больше скорости звука.)

        От чего зависит скорость звука в газах? (От массы молекул газа и температуры газа.)

        Почему человек, стоящий на берегу реки, не слышит звуков, возникающих под водой? (Т.к. 99% энергии звуковой волны на границе «вода-воздух» отражается обратно.)

        Почему «слухачами», которые в древние времена следили за земляными работами противника,  обычно были слепые люди? (Т.к. у людей, утративших способность видеть, обостряется чувствительность слухового аппарата.)

VI. Практические задания.  Ученики делятся на группы, получают задания. Выполняют их за 5 минут и сдают групповой отчет.

Проверим слух.  Возьмите крепкую бечевку (60 см) и привяжите к ней в середине металлическую ложку. Концы бечевки  пртвяжите к указательным пальцам. Убедитесь, что оба конца имеют одинаковую длину. Заткните уши пальцами. Наклонитесь  вперед, чтобы ложка свободно повисла и столкнулась с краем стола. Что вы слышите? Чем данный звук отличается от первичного звука при ударе ложкой о стол? Какова причина такой разницы? Что будет, если один конец бечевки не будет натянут? Как это объяснить?

Меняем частоту звука. С помощью кнопки проткни в центре дна стаканчика отверстие. Пропусти через него нитку длиной примерно 60 сантиметров. К концу нитки, высунутому с внутренней стороны стаканчика, привяжи скрепку. Вытяни нитку с противоположной  стороны стаканчика. С помощью липкой ленты прикрепи стаканчик к одному из концов линейки.  Другую скрепку разогни так, чтобы получился крючок. Зацепи его за противоположный конец линейки и закрепи. Привяжи свободный конец линейки и закрепи. Привяжи свободный конец нитки к этому крючку так, чтобы она была натянута и  ее  можно было бы  дернуть.  Отрежь лишнюю часть нитки. Дерни «струну». Какой получился звук? Прижми нитку к линейке, чтобы она сильнее натянулась. Дерни ее еще раз. Как изменился звук? Прижми «струну» в другом месте линейки. Каким получился звук? Как зависит высота звука от места на линейке, где ты прижимаешь нитку? Почему ?

Пятнышко…звука. Вырежи из кальки квадрат с длиной стороны 10 сантиметров. Натяни его, накрой им один конец трубки и закрепи с помощью резинки. Приклей блестку или фольгу посередине кальки. Поднеси трубку открытым концом ко рту, другой рукой держи включенный фонарик так, чтобы он освещал блестку. Встань напротив стены так, чтобы видеть «солнечный зайчик», отбрасываемый освещенной блесткой. Скажи что-нибудь достаточно громко, продолжая смотреть на «зайчик». Что происходит с ним, когда ты произносишь звуки? Как объяснить это явление?

Презентация опытов.

VII. Курьезы слуха . Когда мы грызем твердый сухарь, то слышим оглушительный шум, между тем как наши соседи едят те же сухари без заметного шума. Как ухитряются они избегать этого грохота?

         Вот еще один опыт: зажмите между зубами колечко карманных часов и плотно закройте уши пальцами: вы услышите тяжелые удары – так усилится тиканье часов.

VIII. Итоги урока.

IX. Домашнее задание: Изучить § 37,38; упражнение 31,32(1,2)