Механічні хвилі. Звук. Інфразвук. Ультразвук

РОЗДІЛ I

МЕХАНІЧНИЙ РУХ

УРОК № 11/11

Тема уроку. Механічні хвилі. Звук. Інфразвук. Ультразвук

Тип уроку: засвоєння нових знань.

Мета уроку: сформувати поняття про хвилю, зокрема про звукову хвилю, про швидкість її поширення і про механізм її утворення; формувати вміння порівнювати різні хвильові явища; ознайомити учнів із практичним застосуванням ультразвукових та інфразвукових коливань.

Обладнання: гумовий джгут, довга пружина, металева лінійка, камертон.

План уроку

Хід уроку

I. Перевірка домашнього завдання; актуалізація

Перевірка домашнього завдання здійснюється за питаннями і вправами до параграфа підручника. Під час короткого повторення акцентуємо увагу на наступних питаннях.

Питання класу

– Який рух називають коливальним?

– Що таке період коливань? У яких одиницях він вимірюється?

– Що таке частота коливань? У яких одиницях вона виміряються?

– Як пов’язані між собою ці величини?

– Що називають амплітудою коливань?

– Які коливання називають затухаючими, а які – незатухаючими? вільними та вимушеними?

II. Вивчення нового матеріалу

Бесіда

Всі чули про існування різних за природою і формою хвиль. Це і сейсмічні хвилі, що зароджуються в надрах нашої планети, і гігантські океанські хвилі – цунамі, і приливні хвилі на морському березі, і, нарешті, звукові хвилі, які дозволяють нам одержувати інформацію про оточуючий нас світ. Всі ці хвилі різної фізичної природи, але об’єднує їх те, що в кожному випадку хвиля – це коливання, які поширюються у просторі із плином часу. Учні записують у зошиті означення хвилі.

Демонстрація 1. Демонструється хвиля, що виникає в пружному шнурі, і хвиля, що виникає в металевій пружині.

На прикладі ми бачимо, як коливальний рух кінця шнура (пружини) передається від точки до точки. Отже, для того щоб механічна хвиля поширювалася, необхідне пружне середовище, тобто середовище, у якому частинки могли б здійснювати коливальний рух.

Як звукові хвилі досягають нашого вуха? Найчастіше це відбувається через повітря. Частинки повітря коливаються (подібно до ланок пружини), коли ж коливання повітря доходять до барабанної перетинки, вона теж починає здійснювати коливання. Ці коливання, у свою чергу, передаються слуховому нерву, і ми чуємо звук.

Питання класу

– Чи зможемо ми почути звук у безповітряному просторі?

– У якому середовищі звук поширюється краще – у газоподібному чи рідкому? рідкому чи твердому? Чому?

– У якому випадку тіло стає джерелом звуку? (Якщо воно коливається.)

Демонстрація 2. Затискаємо металеву лінійку і надаємо їй коливального руху. Чуємо звук.

Демонстрація 3. Демонструємо камертон, ніжки якого коливаються при ударі.

Питання та завдання класу

– Наведіть свої приклади коливальних тіл, які є джерелами звуку. До речі, коливатися можуть не тільки струни, лінійки тощо, але й повітря (наприклад, у свистку).

– Надаємо коливального руху книзі. Чому не виникає звук?

Демонстрація 4. Розмахуємо з боку убік лінійкою. Звуку не виникає.

Підводимо учнів до думки про різну частоту коливань у наведених дослідах. Людське вухо починає чути звук, коли частота коливань дорівнює 20 Гц.

Питання класу

– Скільки коливань за секунду має здійснювати тіло, щоб “зазвучати”?

– Чому не чутно коливань книги?

– Чим відрізняються звуки один від одного? (Висотою.)

– Звуки бувають низькими і високими. Наведіть приклади низьких і високих звуків. (Дзижчання джмеля, писк комара тощо.)

Демонстрація 5. Вільний кінець лінійки затискаємо і надаємо їй коливального руху. Повторюємо дослід, поступово укорочуючи вільний кінець. Чуємо змінення висоти тону звучання.

Висота тону залежить від частоти коливань (лінійних розмірів коливального тіла). Чим частіше коливається лінійка, тим вищий за тоном звук вона видає. Максимальна частота, що сприймається людським вухом, дорівнює 20 000 Гц.

Питання класу

– Чим ще відрізняються звуки один від одного? (Гучністю звучання.)

– Наведіть приклади тварин, які можуть видавати звуки: високий голосний, високий тихий, низький тихий, низький голосний.

– Від чого залежить гучність звучання?

Ще раз надаємо коливального руху лінійці та відзначаємо, що з часом амплітуда коливань лінійки зменшується і звук стає тихшим.

Питання класу: Чи з однаковою швидкістю поширюється звук у різних середовищах?

У воді швидкість звуку приблизно дорівнює 1,5 км/с, у склі – 4,5-5 км/с, у залізі – 5,8 км/с. У повітрі звук має найменшу швидкість поширення – 340 м/с.

Питання класу

– Які ще фактори крім середовища можуть впливати на швидкість поширення звуку? (Температура і для повітря – вологість.)

– Чому не слід боятися грому?

– Чи можна визначити на слух, на якій приблизно відстані від нас вдарила блискавка? наближається до нас гроза чи віддаляється?

– Що таке луна?

Це відбитий звук. Ми у 7 класі спостерігали відбивання світла на межі двох середовищ. Таке саме явище відбувається і зі звуком. Щоб чітко почути луну, треба, щоб між промовленим і відбитим звуком була пауза не менше 0,1 с.

Питання класу

– Чому має дорівнювати відстань до перешкоди, щоб зазначена умова виконувалася? (17 м.)

– Швидкість звуку в склі більша, ніж у повітрі. Чому ж зачинене вікно приглушає звуки вулиці? (У цьому випадку зростає частка відбитого звуку.)

Людина не може сприймати на слух коливання із частотою вище 20 000 Гц (ультразвук) і нижче 20 Гц (інфразвук). Однак багато тварин здатні вловлювати ці коливання. Наприклад, ультразвукові коливання сприймають собаки, кажани і дельфіни. А інфразвук (потужним джерелом якого є море під час шторму і грунт у період землетрусів) вловлюють медузи та кішки, які заздалегідь залишають небезпечний район.

Ультразвук використовують: у медицині для дослідження внутрішніх органів людини, існують сучасні скальпелі, які коливаються в ультразвуковому режимі; для дослідження морських глибин (ехолот); для стерилізації молока.

Інфразвук (особливо частотою 6-9 Гц) може негативно впливати на психіку людини.

III. Закріплення нового матеріалу

Учні самостійно працюють із підручником, відповідаючи на питання та виконуючи вправи до параграфа.

IV. Домашнє завдання

[1]: § 7, 8; впр. № 7 (задачі 2, 3), впр. № 8 (задачі 4, 6).

[2]: § 6.

[3]: СР – задачі 7.1-7.4;

ДР – задачі 7.12; 7.18-7.21;

ВР – задачі 7.23-7.24; 7.26; 7.27.

Творче завдання

1. Підготувати повідомлення на теми: “Звуки навколо нас”, “Застосування ультразвуку”, “Особливості звучання різних музичних інструментів”.

2. Сконструювати “телефон” для передачі звуку на відстань до 30 м (з мотузки, натягнутої між двома консервними банками). Підготуватися до лабораторної роботи № 4 за посібником [4]: домашня робота № 4.

Скарбничка цікавих фактів

O Ми і “брати наші менші”

Діапазон частот чоловічого голосу при звичайній розмові становить 85-200 Гц, жіночого – 160-340 Гц. Рекордна висота звуку жіночого голосу – 2350 Гц.

У тварин і птахів діапазони чутних звуків інші: цвіркун – 2-4000 Гц, жаба – 50-30 000 Гц; коник – 10-100 000 Гц; собака – до 60 000 Гц; дельфін – до 200 000 Гц.

O Як пищать курчата?

Як в інкубаторі відокремити півників від курочок? Частота писку курчати-курочки дорівнює 5200 Гц, а курчати-півника – 4800 Гц. Електроніка допомагає відокремити одних від інших.