Конспект урока по физике для 9 класса на тему "Звуковые волны. Скорость звука. Высота, тембр и громкость звука. Звуковой резонанс."

Урок физика 9 класс. Звуковые волны. Скорость звука. Высота, тембр и громкость звука. Звуковой резонанс.

Цель: познакомить учащихся со звуковыми волнами как одним из видов механических волн; ввести понятия высоты, тембра и громкости звука, показать их отличие. Научить вычислять скорость звука.

Ход урока

Повторение изученного:

1.      Что называется длиной волны?

2.      Какой буквой обозначается длина волны?

3.      За какое время колебательный процесс распространяется на расстояние, равное длине волны?

4.      По каким формулам можно рассчитать длину волны и скорость распространения поперечных и продольных волн?

Изучение нового материала

Наш мир наполнен звуками. А что представляет собой звук? Чем отличаются различные звуки? Как можно получить звук? На эти вопросы отвечает физика.

Запишите тему урока, число.

Акустика – это раздел физики, занимающийся изучением звука, его свойствами, звуковыми явлениями.

А что может выступать в качестве источника звука? (Струна, камертон, линейка, человеческий голос).

Действительно, в каждом случае источником являлось колебание: струны, линейки, камертона. Чтобы убедиться, что источники звука колеблются проведем опыт (Камертон с шариком. Камертон с иглой). Однако не все колеблющиеся тела являются источником звука.

 Опыт с линейкой. При уменьшении длины колеблющейся части стальной линейки, замечаем, что она начинает издавать звук, потому что частота колебаний возрастает. Образование звука происходит тогда, когда линейка совершает 20 колебаний в секунду, т.е. при частоте 20 Гц.

Нас окружает множество звуков. Одни звуки нам приятно слышать: музыка, пение птиц, приятные человеческий голос. Другие – нередко раздражают и утомляют: мощные удары молота, визг пилы, скрип мела и т.д.

По действию, производимому на нас, все звуки делятся на две группы: музыкальные звуки и шумы. Чем они отличаются друг от друга?

Установить различие между шумом и музыкой – непростая задача, так как то, что может казаться музыкой для одного, может быть просто шумом для другого.

Однако большинство людей согласятся, что звуки, идущие от колеблющихся струн, язычков, камертона и вибрирующих голосовых связок певца, музыкальные. Но если так, то, что же существенно в возбуждении музыкального звука или тона?

Наш опыт показывает, что для музыкального звука существенно, чтобы колебания происходили через равные промежутки времени. Колебания струн, камертонов и пр. имеют такой характер. Колебания поездов, шум телеги и т.д. происходит через неправильные, неравномерные промежутки времени, и производимые ими звуки представляют только шум.

В повседневной жизни мы имеем дело, чаще всего, со звуком, распространяющимся в воздухе. Однако он может распространяться в других средах: в воде, в земле, в металлах. Скорость звука в этих средах больше скорости звука в воздухе. В вакууме, где нет частиц среды, звук распространиться не может.

Скорость звука зависит от свойств среды,  в которой звук распространяется.

В физических и технических лабораториях для получения звука нужной частоты колебаний применяют специальные приборы – звуковые генераторы.

Опыт с генератором звука. Включаем прибор, меняем громкость звука и частоту, наблюдаем за показаниями осциллографа.

Как вы видите, для характеристики звука существуют такие важные понятия как громкость, тон.

Громкость звука. Она определяется действием звука на орган слуха, ее трудно оценить объективно. В физике пользуются понятием, которое можно измерять – интенсивность звука, которая зависит от амплитуды колебаний и от площади тела, совершающего колебания.

Громкость звука зависит от амплитуды колебаний: чем больше амплитуда колебаний, тем громче звук.

Хотя амплитуда колебаний источника звука может быть велика, амплитуда частиц передающей среды, воздуха, очень мала. Ухо чувствительно к амплитудам колебания воздуха порядка одной миллиардной сантиметра и к еще меньшим амплитудам колебаний частиц жидкостей и твердых тел. Колебания частиц воздуха с амплитудой в одну сотую сантиметра создают такой громкий звук, который способен нанести повреждения уху.

На практике часто звук измеряют в децибелах (дБ). Шелест листьев – 10 дБ, громкий разговор – 70 дБ, пылесос – 50 дБ, громкость реактивного двигателя самолета – 130 дБ.

Второе важное понятие для звука – высота тона. В Физике она характеризуется частотой колебаний.

Из опыта, по внешнему виду осциллограммы мы видим, что чем больше частота, тем выше тон звучания, чем меньше частота, тем тон ниже.

Тон (высота звука) определяется частотой колебаний.

Исследования показали, что человеческое ухо способно воспринимать как звук механические колебания тел, происходящие с частотой от  20 Гц до 20 000 Гц. Колебаний да пределами этого диапазона слышат некоторые животные. Например дельфин слышит звуки до 200 кГц. Колебания до 20 Гц – инфразвук, свыше 20 000 Гц – ультразвук.

Чистым тоном называется звук источника, совершающего колебаний одной частоты.

Получить чистый звук со строго определенной частотой колебаний, даже при полном отсутствии посторонних шумов, очень трудно. Любое колеблющееся тело издает не только один основной звук. Его постоянно сопровождают звуки других частот. Эти спутники всегда выше основного звука и называются обертонами, т.е. верхними тонами. Именно наличие обертонов помогает нам отличить звук одного инструмента от другого и голоса различных людей, если даже они равны по высоте. Каждому звуку обертоны предают своеобразную окраску, или, как говорят, тембр.

Тембр звука определяется совокупностью его обертонов.

Закрепление пройденного материала

1.      Что же может быть источником звука?

2.      Какие характеристики звука вы узнали?

3.      Какие физические величины определяют эти характеристики?

Домашнее задание: П.34-38. Упр.29-32.