Методическая разработка урока по физике «Звуковые волны. Ультразвук и его применение. Решение задач»

Областное государственное автономное

профессиональное образовательное учреждение

«Белгородский строительный колледж»

г. Белгород

Методическая разработка урока по физике

«Звуковые волны. Ультразвук и его применение. Решение задач»

Подготовила:

Еськова Т.М.

преподаватель физики

г. Белгород

2018

Звуковые волны. Ультразвук и его применение.

Решение задач.

30.03.2018

Предмет: Физика.

Преподаватель: Еськова Татьяна Михайловна.

Группа: Э-11 (1 курс).

Тип урока: комбинированный урок.

Вид урока: урок- беседа + практическая работа.

Цели урока:

Образовательная: способствовать усвоению понятий звуковая волна, ультразвук, инфразвук; знаний о звуке, его объективных и субъективных характеристиках; способствовать выработке навыков решения задач по теме «Механические колебания и волны»;

Развивающая: способствовать развитию аналитического мышления обучающихся; умению делать логические выводы;

Воспитательная: создать условия для выработки уважительного отношения к мнению окружающих; формирования трудолюбия, дисциплинированности и добросовестности.

Оборудование: компьютер, экран, презентация с видеофрагментами и записями голосов, камертон, методические рекомендации для выполнения практической работы, раздаточный материал.

Структура урока:

Организационный момент.

Актуализация опорных знаний (Проверка домашнего задания).

Изучение нового материала.

Первичная проверка понимания нового материала.

Применение знаний и умений.

Информация о домашнем задании.

Подведение итогов.

Рефлексия.

Ход урока:

Организационный момент. (1 слайд)

1. презентация к уроку
   PPT / 3.17 Мб


 

Приветствие. Проверка списочного состава.

Преподаватель. На прошлом занятии мы начали изучать механические волны, чтобы в дальнейшем познакомиться с электромагнитными волнами. Хотя они имеют разные названия, различную физическую природу, но описываются одними и теми же параметрами и уравнениями. Сегодня мы познакомимся с еще одним видом механических волн. Их название вы запишете после того, как решите логическую задачу (метод решения таких задач называется «мозговым штурмом»).

У англичан есть сказка: «Черт поймал трех путников и согласился отпустить их, если они зададут ему невыполнимую задачу. Один попросил сделать растущее дерево золотым, другой – заставить реку потечь вспять. Черт шутя справился с этим и забрал себе души обоих путников. Остался третий путник...» Поставьте себя на место этого путника и предложите черту невыполнимую задачу. (Предлагаются разные версии.) «...А третий свистнул и сказал: “Пришей к этому пуговицу!” – и черт был посрамлен».

Что же такое свист?

Обучающиеся. Звук. (Записывают тему урока: Звуковые волны. Ультразвук и его применение.)

Преподаватель. Прежде чем говорить о звуковых волнах, давайте вспомним, что такое механические волны.

Актуализация опорных знаний (Проверка домашнего задания).

Фронтальный опрос (У каждого обучающегося есть двуцветные карточки красного и зеленого цвета. При вопросе преподавателя все поднимают карточки. При этом красный сигнализирует о том, что ученик не готов отвечать, зеленый — сигнал "Я знаю". Пассивность при таком опросе невозможна.). (2 слайд)

Вопросы:

1. Что такое упругая волна?

2. Какие характеристики волны вы знаете?

3. От чего зависят скорость и длина волны?

4. От чего зависят период и частота волны?

5. Какие виды упругих волн вы знаете?

6. В каких средах распространяются упругие волны?

Изучение нового материала.

Преподаватель. Мы живем в мире звуков, которые позволяют нам получать информацию о том, что происходит вокруг. (3 слайд)

Мир звуков так многообразен

Богат, красив, разнообразен,

Но всех нас мучает вопрос:

Откуда звуки возникают,

Что слух наш всюду услаждают?

Пора задуматься всерьёз…

Подумайте, что необходимо для того, чтобы появился звук?

(На доску прикрепляется табличка «Источник звука»)

Приведите примеры источников звука.

Одним из таких источников является камертон – металлический стержень, укрепленный на полом деревянном ящике (опыт с камертоном).

После удара по ветке камертона мы слышим звук. Почему? (Ветки камертона начинают колебаться, создавая сжатия и разряжения воздуха, что и создает звуковую волну).

Что необходимо для передачи звуковой волны? (На доску прикрепляется табличка «Упругая среда»).

Далее эта волна попадает в ухо. Основной частью уха является барабанная перепонка. Сжатия и разряжения воздуха заставляет барабанную перепонку колебаться, и мы воспринимаем звук.

То есть для регистрации звука нужен какой-либо прибор (На доску прикрепляется табличка «Прибор, регистрирующий звук»).

Таким образом, для создания звуковой волны необходим источник звука, для передачи звука необходима упругая среда, а для регистрации необходим прибор.

Звуковые волны – это механические колебания, распространяющиеся в упругой среде (твердой, жидкой и газообразной) и воспринимаемые органами слуха. Человеческое ухо воспринимает колебания частотой от 16 до 20000 Гц.

Инфразвук – звуковые волны с частотой ниже 16 Гц, ультразвук – волны с частотой более 20000 Гц.

Мы говорили только о человеке. А какие звуки воспринимают животные? Например, домашние животные: кошки и собаки? Каждый не раз замечал, что они порой реагируют на звуки, которые человек не слышит. Почему? Это происходит потому, что различные существа воспринимают звуки разных частот. Слух животных и людей различен. Обратимся к шкале звуковых частот, воспринимаемых различными существами. (4 слайд)

(Анализируется шкала звуковых частот)

Совпадают ли частоты звуковых волн, которые слышат человек, кошка и собака? (Есть звуки, которые слышат все? От 250 до 20000 Гц).

В продолжении разговора. предлагаю посмотреть отрывок из мультфильма «Большой Ух».

Особое внимание при просмотре обратите на диалог главных героев, а по его окончании постарайтесь ответить на следующие вопросы:

Какие звуки слышали главные герои?

Совпадали ли частоты звуковых волн, которые слышали главные герои?

(Волчонок слышал звуки леса: шелест травы, писк комаров, шум деревьев и т.д.

Большой Ух слышал звуки космоса.

Частоты звуковых волн частично совпадали, иначе главные герои не смогли бы услышать друг друга.)

Мы выяснили, что слух животных и людей различен.

А как воспринимают звуки разные люди? Оказывается, и люди воспринимают звук по-разному. С чем это связано? (5 слайд)

1. Возрастные особенности (физиологические) – барабанная перепонка у людей старшего возраста теряет эластичность.

2. Профессиональные особенности – воздействие громких звуков.

3. Географические особенности – проживание вблизи постоянных источников громких звуков.

Поговорим о характеристиках звука. (6 слайд)

Как вы думаете, что относится к характеристикам звука? (Громкость, тембр, частота).

Громкость звука субъективная характеристика звука, зависящая от объективных характеристик амплитуда и интенсивность звука.

Интенсивность звука или сила звука – это энергетическая характеристика звука, которая зависит от энергии, ежесекундно переносимой через единичную площадку, расположенную перпендикулярно направлению распространения звуковой волны.

Единица интенсивности звука – ватт на квадратный метр (Вт/м2).

Порог слышимости - величина интенсивности звука, ниже которой звук человеческим ухом не воспринимается (соответствует величине – 10-12 Вт/м2).

Болевой порог соответствует интенсивности 1 Вт/м2.

Интенсивность звука определяется по так называемой логарифмической шкале.

В этой шкале уровень интенсивности выражается в белах (Б ). Если уровень одного звука на 1 бел (1 Б) выше, чем у другого, то отношение интенсивности этих звуков равно 10, если на 2 Б, то отношение их интенсивностей равно 102, и т.д. Таким образом, громкость звука характеризуется интенсивностью звука.

Обычно уровень интенсивности выражают в децибелах (дБ) (1 Б = 10 дБ).

(7 слайд, видеофрагмент «Зависимость громкости звука от амплитуды»)

Громкость звука зависит от амплитуды колебаний, чем меньше амплитуда, тем тише звук, и, наоборот, чем больше амплитуда, чем громче звук.

К субъективным характеристикам звука относится также тон.

Звук, издаваемый телом, которое колеблется с одной, строго определенной частотой, называется тоном. (8 слайд, видеофрагмент «Зависимость тона звука от частоты»)

Например, камертоны различного размера издают звуки разного тона. Частота колебаний характеризует высоту тона. Например, летящий комар издает звук высокого тона, шмель – звук низкого тона.

Частота звуковой волны определяет высоту тона. Чем больше частота колебаний источника звука, тем выше издаваемый им звук.

Звуковые колебания непериодического характера (не связанные между собой частоты) называются шумы (скрип, стук, гул, вой, треск).

Звуки с периодическими колебаниями, т.е. с одинаковыми и правильно повторяющимися волнами называются музыкальными тонами. (9 слайд, записи голосов различных диапазонов)

Человеческие голоса по высоте делят на несколько диапазонов:

• бас – 80–350 Гц, а английский певец Норман Аллин даже брал частоту 44 Гц (включается фрагмент записи Ф.И.Шаляпина);

• баритон – 110–149 Гц (фрагмент записи В.С.Высоцкого);

• тенор – 130–520 Гц (фрагмент записи И.С.Козловского);

• дискант – 260–1000 Гц (фрагмент записи голоса Р.Лоретти);

• сопрано – 260–1050 Гц (фрагмент записи Г.П.Вишневской);

• колоратурное сопрано – до 1400 Гц, а француженка Мадо Робен брала ре четвертой октавы – 2300 Гц.

Звуковая волна может проходить самые различные расстояния. Орудийная стрельба слышна на 10-15 км, ржание лошадей и лай собак - на 2-3 км, а шепот всего на несколько метров. Эти звуки передаются по воздуху. Но проводником звука может быть не только воздух. (10 слайд)

Приложив ухо к рельсам, можно услышать шум приближающегося поезда значительно раньше и на большем расстоянии. Значит металл проводит звук быстрее и лучше, чем воздух. Вода тоже хорошо проводит звук. Нырнув в воду, можно отчетливо слышать, как стучат друг о друга камни, как шумит во время прибоя галька.

Свойство воды – хорошо проводить звук – широко используется для разведки в море во время войны, а также для измерения морских глубин.

Необходимое условие распространения звуковых волн – наличие материальной среды. В вакууме звуковые волны не распространяются, так как там нет частиц, передающих взаимодействие от источника колебаний.

Поэтому на Луне из-за отсутствия атмосферы царит полная тишина. Даже падение метеорита на ее поверхность не слышно наблюдателю.

В отношении звуковых волн очень важно упомянуть такую характеристику, как скорость распространения.

В каждой среде звук распространяется с разной скоростью.

Скорость звука в воздухе - приблизительно 340 м/с.

Скорость звука в воде — 1500 м/с.

Скорость звука в металлах, в стали — 5000 м/с.

В теплом воздухе скорость звука больше, чем в холодном.

Как вы думаете, какими свойства обладает звук? (Отражение, эхо, поглощение) (11 слайд)

Отражение звука. Звук отражается от гладких поверхностей. Поэтому при использовании рупора звуковые волны не рассеиваются во все стороны, а образуют узконаправленный пучок, за счет чего мощность звука увеличивается, и он распространяется на большее расстояние.

Эхо. Эхо образуется в результате отражения звука от различных преград - гор, леса, стен, больших зданий и т.п. Эхо возникает только в том случае, когда отраженный звук воспринимается раздельно от первоначально произнесенного звука. Если отражающих поверхностей много и они находятся на разных расстояниях от человека, то отраженные звуковые волны дойдут до него в разные моменты времени. В этом случае эхо будет многократным. Препятствие должно находится на расстоянии 11м от человека, чтобы можно было услышать эхо.

Эхолокация - это один из способов звуковой локации, при котором расстояние до объекта определяется по времени возвращения эхо-сигнала.

.

Поглощение звука. Поглощение звука – это явление необратимого превращения энергии звуковой волны в другой вид энергии, прежде всего в энергию теплового движения частиц среды. Наличие неоднородностей в среде приводит к увеличению поглощения звука. В различных пористых и волокнистых веществах поглощение звука велико, что позволяет применять их для заглушения и звукоизоляции.

Акустическим резонанс – это явление, при котором совпадают частоты собственных колебаний камертонов. (Видеофрагмент «Акустический резонанс»)

Первичная проверка понимания нового материала.

Тест (3 мин) (12 слайд)

Студенты, сидящие рядом, обмениваются работами, проверяют их и выставляют отметки.

Применение знаний и умений.

Решение задач (задачи решаются на доске и в тетради).

1.На расстоянии 1060 м от наблюдателя ударяют молотком по железнодорожному рельсу. Наблюдатель, приложив ухо к рельсу, услышал звук на 3 с раньше, чем он дошел к нем по воздуху. Чему равна скорость звука в стали? Скорость звука в воздухе принять равной 330 м/с.

2.Какова глубина моря, если посланный с помощью гидролокатора звуковой сигнал вернулся назад через 0,9 с? Скорость звука в воде считать равной 1440 м/с.

Практическая работа (работа выполняется по вариантам самостоятельно, 25-30 мин)

Информация о домашнем задании.

Глава 15, п. 15.6-15.7,

внеаудиторная самостоятельная работа – сообщение с презентацией «Ультразвук и инфразвук в природе и жизнедеятельности человека»

Подведение итогов.

Рефлексия. (13 слайд)

7. 1. По содержанию.

      Выставление отметок.

Обучающиеся при ответе на вопросы пользуются двуцветные карточки красного и зеленого цвета