Изучение акустических волн в 11 физико-математическом классе
статья по физике (11 класс) на тему

«Изучение акустических волн в 11 физико-математическом классе»

Калганова Лидия Даниловна,

Учитель физики, МОУ СОШ №1 г.Фрязино Московской области

«В природе звука нет. Звук есть субъективное восприятие живым организмом объективно существующей в природе акустической волны.» Эту фразу одиннадцатиклассники записывают первой в лекции. И запоминают ее надолго. И потом часто повторяют мне с улыбкой уже во взрослом состоянии. Она – повод к разговору о том, как прекрасен мир в его восприятии жизнью. И о том, что живой организм, тем более человек – венец творения… И о том, что жизнь хрупка, и надо ею дорожить…

Потом, как и положено, идет речь о том, что акустическая волна – это продольная волна в среде. О ее источниках, об условиях ее распространения. И о том, как, достигая барабанной перепонки, волна заставляет ее колебаться, но только в том случае, если частота волны совпадает с собственной частотой колебаний этой перепонки. Возникает резонанс. Но резонансная кривая у перепонки не острая, а широкая, поэтому мы слышим звук, если частота акустической волны лежит в диапазоне (от 20 Гц до 20 кГц). Включаю звуковой генератор с динамиком, и мы слушаем… Вместе. От почти 20 Гц до почти 20 кГц. А дальше – дискуссия. Обо всем: как не нравится звук слишком высокий (кто-то закрыл уши руками), почему мы не слышим 20 Гц и 20 кГц, хотя эти частоты генератор выдает, а динамик воспроизводит?.. А если летучая мышь слышит ультразвук, значит, у нее другая барабанная перепонка? Вопросов много, ответы будут искать сами, и рассказывать мне, что нашли. Не на оценку, не доклад, а просто так, от души… Мы – коллеги, нам интересно…

Потом будет математическое описание акустической волны, будут характеристики звука (субъективные: громкость и высота тона) и характеристики волны (объективные: амплитуда, частота). Все будет показано экспериментально. Наконец, интенсивность. Как интересно устроен наш мозг: в акустической волне интенсивность пропорциональна произведению квадрата амплитуды на квадрат частоты, а мозг, ни слова нам не говоря, воспринимает амплитуду - как громкость, а частоту - как высоту тона. Зачем? Пусть думают мои будущие ученые, инженеры, врачи. И строят гипотезы… А потом я покажу таблицу о том, как связаны между собой интенсивность волны и воспринимаемая громкость звука (в децибелах). И снова дискуссия: полезна ли рок-музыка? А музыка через наушники? И как это влияет на организм, на мозг? К жизни надо относиться бережно…

Потом изучаем свойства акустической волны: отражение, преломление (с красочными рассказами), дифракцию. Дойдем до интерференции и встанем, походим по кабинету, послушаем, где максимум, а где минимум. Поделимся впечатлениями. Потом сядем, я задам вопрос о том, что будет, если не оба динамика к одному генератору подключить, а каждый – к отдельному генератору? Подискутируем и придем к биениям. А потом послушаем эти биения и усомнимся: действительно ли они – результат сложения волн, или это «генератор испортился»? Придется по очереди отключать динамики и удивляться… «Наука начинается с удивления»… А потом я покажу эффект Доплера, покрутив хорошо укрепленный динамик на длинном проводе над головой…

Надо сказать, что большинство опытом по акустике, которые я теперь показываю на уроках, мы, вместе с моими тогдашними учениками, придумали и впервые проделали в далеких 80-х годах, когда в рамках Турнира Юных Физиков получили задание придумать и показать серию экспериментов, подтверждающих волновые свойства звука.

Далее изучение темы можно варьировать в зависимости от конкретного состава класса. Можно изучить тему «Музыкальные инструменты как источники звука». Разобрать, как колеблется струна, как – столб воздуха. Как настраивается музыкальный инструмент. Зачем нужна дека. Если в классе есть кто-то, кто играет на флейте, на скрипке, на гитаре – обязательно все покажет и даже сыграет. Если в классе есть любители биологии – расскажут про летучих мышей и про дельфинов. Если есть будущие медики – сделают доклад или презентацию о применении ультразвука в медицине. А кому-то будет интересно рассказать о гидроакустических приборах. И не просто об эхолотах, но об акустических интерферометрах и о построении с их помощью изображений объектов, находящихся под водой, на дне морей, рек…

Конечно, будет урок и по решению задач различной степени сложности в зависимости от конкретного состава класса, интересов ребят.

Наверное, такое живое изучение акустических волн в школе оказывается той ступенькой, благодаря которой мои выпускники, студенты физического факультета МГУ, продолжают свое обучение на кафедре акустики (их у меня не меньше 7, есть даже 2 кандидата наук со специализацией «Акустика», и двое еще в процессе работы над диссертациями)…