Звуковые волны: высота, тембр, громкость.
план-конспект урока по физике (11 класс) по теме

Слайд 1

ЗВУКОВЫЕ ВОЛНЫ Мир звуков так многообразен, Богат, красив, разнообразен, Но всех нас мучает вопрос Откуда звуки возникают, Что слух наш всюду услаждают? Пора задуматься всерьез.

Слайд 2

ЧТОБЫ УСЛЫШАТЬ ЗВУК необходимы: 1. источник звука; 2. упругая среда между ним и ухом; 3. определенный диапазон частот колебаний источника звука – между 16 Гц и 20 кГц, достаточная для восприятия ухом мощность звуковых волн.

Слайд 3

Физические характеристики звука. Звуковое давление, оказываемое звуковой волной на стоящее перед ней препятствие. Спектр звука - разложение сложной звуковой волны на состав­ляющие ее частоты. Интенсивность звуковой волны: где S - площадь поверхности; W - энергия звуковой волны; t - время. 4. Громкость. Как и высота, связана с ощущением, возникающим в сознании человека, а также с интенсивностью волны. Человеческое ухо способно воспринимать звуки интенсивностью от 10 -12 (порог слышимости) до 1 Вт/м 2 (порог болевого ощущения). Громкость не является прямо пропорциональной величиной ин­тенсивности. Уровень громкости выражается в белах: A = lg (I/I 0 ) I 0 = 10 -12 Вт/м 2 - порог слышимости.

Слайд 4

ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗВУКА Громкость зависит от амплитуды колебаний в звуковой волне. За единицу громкости звука принят 1 Бел (в честь Александра Грэхема Белла, изобретателя телефона). Громкость звука равна 1 Б, если его мощность в 10 раз больше порога слышимости. На практике громкость измеряют в децибелах (дБ). 1 дБ = 0,1Б. 10 дБ – шепот; 20–30 дБ – норма шума в жилых помещениях; 50 дБ – разговор средней громкости; 70 дБ – шум пишущей машинки; 80 дБ – шум работающего двигателя грузового автомобиля; 120 дБ – шум работающего трактора на расстоянии 1 м 130 дБ – порог болевого ощущения. Звук громкостью свыше 180 дБ может даже вызвать разрыв барабанной перепонки.

Слайд 5

Высота тона. - определяется частотой колебаний источника звука. Звуки человеческого голоса по высоте делят на несколько диапазонов: бас – 80–350 Гц, баритон – 110–149 Гц, тенор – 130–520 Гц, дискант – 260–1000 Гц, сопрано – 260–1050 Гц, колоратурное сопрано – до 1400 Гц.

Слайд 6

Частотный спектр звуков музыкальных инструментов. Согласно легенде, Пифагор все музыкальные звуки расположил в ряд, разбив этот ряд на части – октавы, – а октаву – на 12 частей (7 основных тонов и 5 полутонов). Всего насчитывается 10 октав, обычно при исполнении музыкальных произведений используются 7–8 октав. Звуки частотой более 3000 Гц в качестве музыкальных тонов не используются, они слишком резки и пронзительны.

Слайд 7

ЧАСТОТНЫЙ ДИАПАЗОН ЗВУКОВ, ВОСПРИНИМАЕМЫХ ЖИВОТНЫМИ Бабочка 8 000 - 160 000 Гц Дельфин 40 - 200 000 Гц Кошка 250 - 100 000 Гц Кузнечик 50 - 50 000 Гц Летучая мышь 2 000 - 150 000 Гц Медведь 300 - 70 000 Гц Попугай 300 - 15 000 Гц Собака 200 - 50 000 Гц Человек 16 - 20 000 Гц

Слайд 8

Причина звука? - вибрация (колебания) тел, хотя эти колебания зачастую незамтены для нашего глаза.

Слайд 9

Источники звука — физические тела, которые колеблются , т.е. дрожат или вибрируют с частотой от 16 до 20000 раз в секунду. Вибрирующее тело может быть твердым, например, струна или земная кора, газообразным, например, струя воздуха в духовых музыкальных инструментах или в свистке или жидким, например, волны на воде.

Слайд 10

Вокруг колеблющегося тела возникают колебания окружающей среды, которые распространяются в пространстве. Звук – это механические упругие волны, распространяющиеся в газах, жидкостях, твердых телах. Волны, которые вызывают ощущение звука, с частотой от 16 Гц до 20 000 Гц называют звуковыми волнами (в основном продольные).

Слайд 11

СДЕЛАЙ САМ ! Если поднести к стакану или стеклянной банке бусинку на ниточке и ударить, например, карандашом по стенке стакана, то мы увидим колебания бусинки и услышим ее позванивание .

Слайд 12

СДЕЛАЙ САМ! Самодельный телефон из нитки и спичечных коробок. Возьми 2 спичечных коробочки ( или любые другие коробочки подходящих размеров: из-под пудры, зубного порошка, скрепок) и нитку длиной несколько метров (можно на всю длину школьного класса).Проткни иголкой с ниткой донышко коробка и завяжи на нитке узелок, чтобы она не выскакивала.Таким образом, оба коробка будут соединены с помощью нитки.В телефонном разговоре участвуют двое: один говорит в коробок, как в микрофон, другой- слушает, приложив коробок к уху. Нить во время разговора должна быть натянута и не должна касаться каких-либо предметов, включая и пальцы, которыми держат коробки. Если прикоснешься пальцем к нитке, разговор тут же прекратится. Почему?

Слайд 13

“Музыкальная” игрушка. Если взять кусок гофрированной пластиковой трубки и раскрутить его над головой, то раздастся музыкальный звук. Чем больше скорость вращения, тем выше высота звука. Поэкспериментируй! Интересно, чем вызвано появление звука в этом случае?

Слайд 14

О ЗВУКАХ В ЛИТЕРАТУРЕ ... ( Шум - это беспорядочная смесь музыкальных звуков.) НЕ ШУМИТЕ! А разве мы шумели? Ну, Андрюша стучал еле-еле Молотком по железной трубе, Я тихонько играл на губе, Восемь пятых размер соблюдая, Таня хлопала дверью сарая, Саша камнем водил по стеклу, Толя бил по кастрюле в углу. Кирпичом! Но негромко и редко. «Не шумите!» — сказала соседка, А никто и не думал шуметь ..... Ал. Кушнер.

Слайд 15

РУПОР - УСИЛИТЕЛЬ ЗВУКА Часто на соревнованиях, когда тренеру или судье необходимо сообщить что-либо спортсмену на большом расстоянии, используют рупор. Это может быть достаточно сложный прибор – мегафон, но можно обойтись и простой газетой свернутой в кулек. Можно сделать рупоры из больших листов ватмана. Если в классе два таких рупора поставить у противоположных стенок, то разговаривать с их помощью можно шепотом.

Слайд 16

СЛУШАЕМ МУЗЫКУ! Чтобы продемонстрировать, как рупор усиливает звук, сделайте из плотной бумаги небольшой рупор, и в тонкий его конец перпендикулярно поверхности бумаги воткните швейную иголку. Вставьте карандаш в отверстие пластинки с записью какой-нибудь музыки. Уприте острый конец карандаша с пластинкой в поверхность стола и начните вращать пластинку, быстро проворачивая карандаш. Другой рукой поставьте острие иголки рупора на звуковую бороздку пластинки. Прислушайтесь! Должен появиться звук!

Слайд 17

ПОПРОБУЙ ! А если взять 2 тонкие резиновые трубочки, вставить в узкий конец рупора, замотать изоляционной лентой, а свободные концы этих трубок вставить в оба уха, то с таким несложным приспособлением далекие и слабые звуки будут слышны гораздо лучше. Для примера вспомни, для чего врачу нужен стетоскоп? С помощью чего Э.К.Циолковский пытался компенсировать глухоту? Для чего человек прикладывает ладонь к уху, пытаясь разобрать плохо слышимые звуки?

Слайд 18

ВОТ ЭТО ДА-А ! Обнаружили, что когда растению становится трудно добывать воду из пересохшей почвы, стебель растения начинает издавать ультразвуковые шумы. Присоединив к стеблям специальные микрофоны, можно уловить эти шумы и включать поливальные установки только тогда, когда сами растения этого требуют ___ Звук храпа может достигать 69 децибелл , что сравнимо со звуком отбойного молотка.

Слайд 19

___ Самый громкий шум, полученный в лабораторных условиях, был равен 210 дБ. Он был получен за счёт отражения звука железобетонным испытательным стендом, предназначенным для испытаний ракеты в Центре космических полётов США, в 1965 г. Звуковой волной такой силы можно было бы сверлить отверстия в твёрдых материалах. Шум был слышен в пределах 161 км. ___ Самая высокая из полученных нот имеет частоту 60 гигагерц. Она была сгенерирована лазерным лучом, направленным на кристалл сапфира, в США, в 1964 г. ___ Самое тихое место - это «Мёртвая комната» в Лаборатории концерна «Белл телефон систем» в США, она является самой звукопоглощающей комнатой в мире, в которой исчезает 99,98% отражаемого звука.

Слайд 20

ЗНАЕШЬ ЛИ ТЫ ? Самолёт, летящий со сверхзвуковой скоростью, обгоняет создаваемые им звуки. Эти звуковые волны сливаются в одну ударную волну. Достигая поверхности земли, ударная волна выбивает стёкла, разрушает постройки, оглушает. ___ Звук издаваемый синим китом громче, чем звук выстрела рядом стоящего тяжелого орудия, или громче, чем звук стартующей ракеты. ___ При прохождении метеоритами атмосферы Земли возбуждается ударная волна, скорость которой в сто раз выше звуковой, при этом возникает резкий звук, похожий на звук рвущейся материи. ___ При умелом ударе кнутом вдоль него образуется мощная волна, скорость распространения которой на кончике кнута может достигать огромных значений! В результате возникает мощная ударная звуковая волна, сравнимая со звуком выстрела.

Слайд 21

Шумящие водопроводные трубы. Почему водопроводные трубы порой начинают рычать и стонать, когда мы открываем или закрываем кран? Почему это не происходит непрерывно? Где именно возникает звук: в водопроводном кране, в части трубы, примыкающей непосредственно к крану, или в каком-нибудь изгибе ее где-то дальше? Почему шум начинается только при определенных уровнях расхода воды? Наконец, почему шум можно устранить, присоединив к водопроводной трубе закрытую с другого конца вертикальную трубку, в которой находится воздух ? При увеличении скорости потока в местах сужений в трубах может возникать турбулентность, которая приводит к кавитации (образованию и разрыву пузырьков). Колебания пузырьков усиливаются трубами, а также стенами, полами, потолками, к которым трубы прикреплены!. Иногда шум может быть вызван и периодическими ударами турбулентного потока о препятствия (например, сужения) в трубе.

Слайд 22

Умеют ли рыбы разговаривать ? Рыбы говорят человеческим языком, только в сказках, но они вовсе не глухи и могут издавать звуки. Различные звуки они издают с помощью зубов, воздушного пузыря, хвоста. Звуки им служат для общения и для отпугивать врагов. Рыбаки знают, что пескарь может пищать, а лещи издавать булькающие звуки. Но рыбы и воспринимают звук. Так хищники спешат на то место, где произошел всплеск другой, мелкой рыбы.

Слайд 23

УДИВИТЕЛЬНОЕ РЯДОМ ! Попробуй выполнить этот опыт и удиви своих родственников! Стекло бокала должно быть чистое, гладкое, ничем не разрисованное. Подобрав инструмент, приступай к проверке его музыкальных качеств. Прежде чем приступить к опыту, хорошо вымой руки с мылом. Затем, слегка намочив чистой водой пальцы правой руки, поставь бокал на стол, а левой рукой крепко держи его за ножку. Средним или указательным пальцем правой руки начни вкруговую водить по краю бокала.. Через несколько секунд ты должен услышать мелодичный звук. Звук не будет прекращаться пока ты водишь по краю бокала. Если это успешно получилось, налей в бокал чистую воду, немного не доходя до края, и продолжай водить пальцем. Ты должен услышать звук значительно ниже того, который был без воды. Продолжая круговые движения пальцем, посмотри на поверхность воды. На ней образовались маленькие волны. Они призошли от колеблющихся , звучащих стенок бокала. Теперь начни постепенно удалять воду небольшими порциями. Звук будет постепенно повышаться и самый высокий будет у пустого бокала.

Слайд 24

ЗВУКОВОЙ УДАР Проделайте в дне пластмассового ведерка из под майонеза отверстие около 1см в диаметре, закройте ведро крышкой, напротив отверстия поставьте горящую свечу. Ударьте рукой по крышке – свеча погаснет. Звук тушит свечу.

Слайд 25

САМОДЕЛЬНАЯ СИРЕНА Возьмите деревянный круг, проделайте в нем отверстия вдоль окружностей разного радиуса через правильные промежутки. Начните его вращать, расположив вертикально. Направьте струю воздуха из шланга пылесоса в отверстия каждой из окружностей. Будут ли отличаться звуки? Как сделать звук громче, выше или ниже ? Можете ли вы объяснить принцип работы сирены?

Слайд 26

ЗВУКИ ПУСТЫНЬ Очень часто в литературе упоминаются о таинственных звуках, которые можно услышать в пустыне. Сегодня известно, что эти звуки возникают в результате движения слоёв песка, но полного объяснения этих явлений ещё нет. Различают два вида звучащих песков — „гудящие“ и „свистящие“, которые отличаются частотой и длительностью звука и возникают при разных условиях. Свистящие звуки - лёгкое посвистывание песка под ногами можно услышать на морских побережьях, на берегах рек и озёр по всему миру. Это акустические колебания песчинок с частотой от 500 до 2500 Гц. Гудящие звуки - они возникают глубоко в пустыне вблизи отдельных больших дюн. Это громкий звук низкой частоты 50–300 Гц, длящийся обычно от несколько секунд до 15 минут. Они разносятся на расстояния до 10 километров, и нередко сопровождается вибрациями почвы. Свистят и гудят пески, состоящие из кварца. А вот звучание песков Гавайских островов напоминает лай собаки. Гавайские пески — единственные звучащие пески, состоящие не из кварца.