Урок по физике для 9 класса «Звук. Эхо. Отражение звука. Ультразвук. Инфразвук»

Урок    по  физике  для  9  класса   «Звук.  Эхо.  Отражение  звука. 

                                                                      Ультразвук.  Инфразвук»

Цель урока:

- познакомить учащихся со звуками, их источниками и многообразием, используя информацию об  ультразвуке  и  инфразвуке.

Задачи урока:

Образовательная:

усвоение нового вида механических колебаний и волн;  формирование понятий: акустика, инфразвук, звук, ультразвук.

Развивающая:

расширение кругозора учащихся на основе интеграции знаний;

углубление знаний с использованием зрительной и звуковой информации;

3) отработка навыков активной самостоятельной деятельности;

4) развитие логического и абстрактного мышления, интеллектуальных и творческих способностей.

Воспитательная:

развитие познавательного интереса к предмету;  содействие положительной мотивации в учении; создание условий  для воспитания культуры умственного труда;  способствование пробуждению духовных, гражданских и патриотических чувств.

Средства обучения: карточки, сообщения учащихся, видеоролик. 

Эпиграф урока:  

Мир звуков так многообразен,

Богат, красив, разнообразен…

Но всех нас мучает вопрос:

Откуда звуки возникают,

Что слух наш всюду услаждают?

План урока: 

1.Организационный момент

2.Определение темы урока и постановки цели 

3. Изучение и закрепление нового материала

4.Проверка новых знаний

5.Сообщение дополнительных знаний

6.Информация о домашнем задании 

7.Рефлексия

                                                                                                                                                         Ход урока.      

1.                     Организационный момент.

Добрый день! Пожалуйста, садитесь. Сегодняшний урок физики необычный. К нам пришли гости. Хочется надеяться, что их присутствие будет способствовать более серьёзному и ответственному отношению к уроку, и  у  вас появится желание продемонстрировать прочные  знания по предмету.

               Итак, начнём!

2.                     Определение темы урока и постановка цели.

На прошлых занятиях мы изучали механические колебания и волны. Сегодня  продолжим знакомство ещё с одним видом механических колебаний.

Тема сегодняшнего урока «Звук.  Эхо.  Отражение  звука.  Ультразвук.  Инфразвук ». Целью нашего урока является знакомство со звуками, их источниками, с многообразием звуков через знакомство информацией о ультразвуке  и  инфразвуке.

     Откройте тетради, запишите дату, тему урока.

 Раздел физики, в котором изучаются звуковые явления, звуки и их свойства, называется «акустика». Запишите определение нового понятия: «Акустика – раздел физики, в котором изучаются звуковые явления, звуки и их свойства»

В  окружающем  нас  мире  мы  слышим разнообразные звуки. Они являются неотъемлемой частью окружающего нас мира.  Не каждый знает, как они образуются и распространяются. Поэтому на уроке  вам предстоит познакомиться с природой звуков.

       Изучение  и закрепление новых знаний.

         Источники.

Человек живёт в мире звуков. Звук обусловлен механическими колебаниями в упругой среде и телах, частоты которых лежат в диапазоне: от 16 до 20000 Гц, и воспринимаемые органами слуха. Механические колебания, частота которых менее 16 Гц называются инфразвуками, а колебания с частотами более 20000 Гц - ультразвуками.

              Любое тело (твёрдое, жидкое или газообразное), колеблющееся со звуковой частотой, создаёт в окружающей среде звук. Колебания от тела передаются воздуху и распространяются в нём в форме звуковой волны. Среди источников звука есть как естественные,  так и искусственные. Примером естественного образования звуковых волн в воздухе является образование грома при грозовых разрядах. Физика данного явления заключается в том, что рядом с каналом грозового разряда воздух нагревается до очень большой температуры и его расширение приводит к образованию ударной волны. Она затем постепенно переходит в звуковые колебания. Примерами искусственных источников звука являются камертон, музыкальные инструменты, колокола. Услышав какой-то звук, мы можем установить, что он дошёл до нас от источника. Чтобы издать звук, предмет должен колебаться. Так, например, в репродукторе колеблется мембрана – лёгкий диск, закреплённый по его окружности. Если звук издаёт музыкальный инструмент, то источник звука – колеблющийся столб воздуха в нём.                                                                                                      

               Между звучащим телом (источником звука) и ухом (приёмником звука) находится вещество, передающее звуковые колебания от источника звука к приёмнику. Чаще всего таким веществом оказывается воздух. Колеблющиеся молекулы воздуха ударяются о барабанную перепонку, из-за этого она тоже колеблется. Эти колебания идут дальше через костную ткань и жидкость в ухе, пока не доходят до слухового нерва, а он посылает сигнал в мозг.

 Условия и скорость распространения.

 Обязательное условие возникновения и распространения звука – наличие  упругой среды: газа, жидкости, твёрдого тела. Нырнув с головой во время купания, можно услышать звук удара двух камней, производимого на большом расстоянии. Приложив голову к рельсам, можно услышать звук приближающегося поезда. Хорошо проводит звук земля. В безвоздушном пространстве (вакууме) звук распространяться не может, т.к. там нечему колебаться.

               Звуковая волна продольна. Она представляет собой последовательность сжатий и

растяжений упругой среды, распространяющихся не мгновенно, а с  определённой  конечной скоростью. В тёплой среде скорость звука больше, чем в холодной. Скорость звука в воздухе при температуре 0⁰С равна 330 м/с; в воде – около 1500 м/с; в стали - 5000 м/с.

Виды звуков.

По действию, производимому на нас, все звуки делятся на две группы: музыкальные звуки и шумы. Для музыкального звука существенно, чтобы колебания происходили через равные промежутки времени. Колебания струн, камертонов и т.д. имеют такой характер. Колебания поездов, веток деревьев и т.д. происходят через неравномерные промежутки времени, поэтому, производимые ими звуки представляют только шум.

Сообщение  учащихся

Ультразвук  и  его  применение

Ультразвук  - упругие  волны  высокой  частоты.  Ультразвуковые  колебания   встречаются  в  природе:  в  шуме  ветра,  водопада,  морского  прибоя,  леса.  Некоторые  животные  не  только  воспринимают,  но  и  излучают  ультразвуки.  Летучие  мыши,  дельфины   пользуются   ультразвуковыми  импульсами  для  обнаружения  препятствий. 

      Ультразвук  получил  широкое  применение  в  промышленности,  медицине,  а  также  в  сельском  хозяйстве.  Вот  некоторые  данные    о  применении  ультразвука.

        Замоченные  для  посева  семена  дыни,  кабачков  обрабатываются  в  течение  3   минут  ультразвуком.  В  результате  дыни    созревают  на  8  дней  раньше,  а  урожай  на  25%  выше,  чем  без  обработки.  После  ультразвуковой  обработки  на  20%  повышается  урожайность  помидор,  содержание  витамина   С  в  плодах  увеличивается    в  1,5  раза,  а  сахаристость  возрастает  на  2%.

     Семена  хлопка  под  действием  ультразвука  за  4 – 5  минут  хорошо  оголяются.  Это  даёт  возможность  ввести  в  них  микроэлементы.  Благодаря  этому  полностью  уничтожаются  возбудители  болезней,    заметно  повышается  скорость  прорастания  и  холодостойкость  семян.  Хлопок  созревает  на  месяц  раньше,  и  его  урожайность  в  1,5  раза  выше.

  Ультразвук  применяют  для    борьбы  с  насекомыми.  Ультразвуковые  колебания    частотой  50 кГц  -  враги  гусениц.  Услышав    эти  звуки  гусеницы  покидают  поле.  Колебания  с  частотой    200 кГц  разрушают  дыхательные  органы  личинок  комаров,  и  они  гибнут.

                         Ультразвук  предупреждает

Под  колёсами  автомашин  часто  гибнут  различные  животные   - зайцы,  лисы,  козы,  барсуки  и т.п.  Наносится  значительный  ущерб  природе.

            Создан  оригинальный  прибор,  предупреждающий  животных  о  приближении  автомобиля.  Небольшое  устройство  испускает  ультразвук,  который  воспринимается  животными  на  расстоянии  200 – 400  метров  и  удерживает  их  вдали  от  дороги.  Прибор  может  быть  установлен  на  любом  автомобиле.  Он  необходим    при  проезде  по  лесным  и  горным  дорогам,  в  ночное  время  и  предрассветные  часы.

        Ультразвуковые сигналы используются и некоторыми зубчатыми китами. Эти сигналы позволяют им охотиться на кальмаров при полном отсутствии света.
Установлено также, что ультразвуковые волны с частотой более 25 кГц вызывают болезненные ощущения у птиц. Это используется, например, для отпугивания чаек от водоемов с питьевой водой.

В промышленности по отражению ультразвука от трещин в металлических отливках судят о дефектах в изделиях.

Ультразвуки дробят жидкие и твердые вещества.

В медицине при помощи ультразвука осуществляют сварку сломанных костей, обнаруживают опухоли, осуществляют диагностические исследования в акушерстве и т. д.

Одна  из самых распространенных процедур с его использованием – УЗИ, где  ультразвук используется для диагностики состояния внутренних органов. Также применяется ультразвуковая физиотерапия, позволяющая ускорить регенерацию  шрамов, тканей, сращивания костей; ультразвуковая кардиограмма, ультразвуковой остеосинтез. (Биологическое действие ультразвука (приводящее к гибели микробов) позволяет использовать его для стерилизации молока, лекарственных веществ, а также медицинских инструментов. 

Это  интересно…

Композитор  Бетховен,  потеряв  слух,  оставшись  в  полной  тишине,  использовал  свойства  твёрдых  тел  лучше  проводить  звук  и  слушал  музыку,  держа  палку  в  зубах  одним  концом,  а  другим,  приставив  её  к  роялю.

Инфразвук  и  его  применение

Инфразвуковые волны человеческое ухо не воспринимает. Несмотря на это, они способны оказывать на человека определенные физиологические воздействия.

Специальные опыты показали, что облучение людей достаточно интенсивным инфразвуком может вызвать потерю чувства равновесия, тошноту, непроизвольные вращения глазных яблок и т.д. Например, на частоте 4-8 Гц человек ощущает перемещение внутренних органов, а на частоте 12 Гц - приступ морской болезни.

Инфразвук мы не слышим, но чувствуем. Ведь мы живем в мире инфразвука. Ветер обдувает здания, стволы деревьев, столбы — рождается инфразвук. Мчится автомобиль, а за ним тянется инфразвуковой шлейф. Летит самолет, и от него идут звуковые волны низкой частоты. Инфразвук возникает при извержениях вулканов, при грозовых разрядах и работе различных устройств.

Давно замечено, что медузы и рыбы задолго до начала шторма уходят подальше от берегов. Значит, чувствуют приближение бури. Но каким, же образом? Есть основание предполагать, что по инфразвуку. Он образуется при движении ветра над гребнями волн и обгоняет бурю.

Ученые попробовали сделать прибор, чувствующий инфразвук. Ныне такие приборы стоят на береговых станциях, на кораблях. До начала шторма еще далеко, придет он еще часов через пятнадцать, двадцать, а прибор уже сигналит о приближающемся ненастье, предупреждает о надвигающейся опасности.

      Американские учёные обнаружили, что тигры и слоны  используют

для коммуникации друг с другом не только рычание, мурлыкание или рев и  трубные позывы, но также и инфразвук, то есть звуковые сигналы очень

низкой частоты, неслышные для человеческого уха. 

3.   Проверка новых знаний.

  Решение  вычислительных  задач

Задача  №  111

При  обнаружении   с  помощью  эхолота  косяка  рыб   было  замечено,  что  моменты  отправления  и  приёма  звукового  сигнала  оказались  разделёнными  промежутком  времени  0,7  секунд.  На  каком  расстоянии  находится  косяк  рыбы,  если  скорость  звука  в  воде  1400  м/с?

Задача  №  112

Какова  глубина  моря,  если  посланный  с  помощью  гидролокатора  звуковой  сигнал  вернулся  назад  через  0,9 со?  Скорость  звука  в  воде  считать  равной  1400м/с.

Решение  качественных  задач.

Задача  №  113

Может  ли  звук  сильного  взрыва  на  Луне  быть  слышен  на  Земле?

Ответ.  Нет.  Звук    взрыва  на Луне  не  может  быть  слышен  на  Земле,  так  как  звук  это  механическая  волна,  а  механические  волны  могут  распространяться  только  в  упругой  среде,  тогда  как  между  Землёй  и  Луной  безвоздушное  пространство.

Задача  №  1030

Кто чаще взмахивает крылышками при полете — комар или муха? 
Решение: 
Звук, издаваемый летящим комаром, заметно выше по тону звука, издаваемого мухой. Частота звука (а значит, и высота тона) определяется частотой колебаний крыльев насекомого. Поэтому частота колебаний крыльев у комара больше.

Задача  №  1031

Как  на  слух  отличить.  Работает  ли  электродрель   вхолостую  или  сверлит  отверстие?

Решение.

Работающая  вхолостую  дрель  делает  больше  оборотов  в  единицу  времени,  поэтому  звук,  создаваемый  ей,  будет  выше.

Задача

Отрывок из книги А.Солженицина «В круге первом»: « Беззвучно происходят только космические катастрофы …. Если бы за нашими плечами разорвалась Новая Звезда, - мы бы даже не услышали».

 Вопрос: Почему мы не услышим взрыв Новой Звезды?  (Мы  не услышим взрыв Новой Звезды, т.к. в мировом    пространстве вакуум, там звук распространяться не может).

Задача.

Почему мы сначала видим вспышку молнии и лишь через некоторое время слышим раскаты грома?  (Скорость света больше скорости звука, поэтому мы, сначала видим вспышку молнии и лишь через некоторое время слышим раскаты грома).

Задача  (Умные  пресмыкающиеся).

Жители    южных  районов  Казахстана  знают,  что  ящерицы  и  змеи  вылезают  из  нор  к  землетрясению.  Как  это  объяснить?  (  Ящерицы  и  змеи  воспринимают  инфразвуковые  волны  (неслышимое  «гудение»  Земли),  которые  предшествует  этому  грозному  явлению).

Задача (Дождь).

Крупный  дождь  можно  отличить  от  мелкого  по  звуку,  возникающему  при  ударах  капель  о  крышу.  На  чём  основана  такая  возможность?  (крупные  капли  ударяют    с  большей  силой    и  возбуждают  колебания  большей  амплитуды.  Поэтому  от  них    прослушивается  более  громкий  звук).

Задача  (Ухом  к  земле).

Почему  герои  сказок  и  преданий  обычно  встают   на  колени  и  припадают  ухом  к  земле,  чтобы  обнаружить  далёких,  невидимых  глазом  всадников?  Если  можно  расслышать  далёкий  топот  копыт  через  землю,  то  почему  этот  звук  не  слышен  в  воздухе? (То  обстоятельство,  что  звук  в  земле  распространяется  быстрее,  чем  в  воздухе,  в  данном  случае  не  имеет  значения,  поскольку  скорость  лошади  много  меньше  скорости  звука.  Звук  лучше  проходит  в  земле  потому,  что  там  он  меньше  рассеивается  и  меньше  поглощается,  чем  в  атмосфере).

Задача  (Щёлканье  бича)

Пастухи  очень  эффектно  умеют  щёлкать  бичом, Однако  у  новичков  это  не  получается.  Что    производит  звук,  когда  щёлкают  бичом?   (Здесь  возможны  два  объяснения:  либо  кончик  бича,  изгибаясь,  бьёт  сам  по  себе,  издавая  при  этом  звук,  либо  двигаясь  быстрее  звука,  он  создаёт  ударную  волну),

         Ответьте на следующие вопросы:

1)Чем обусловлен звук?  (Звук обусловлен механическими колебаниями в упругой среде и телах, частоты которых лежат в диапазоне от 16 до 20000 Гц, и воспринимаемые органами слуха).

2)Что такое звуковая волна?  (Звуковая волна представляет собой последовательность сжатий и

    растяжений упругой среды, распространяющихся не мгновенно, а с  определённой  конечной скоростью.)

3)Какое обязательное условие для возникновения и распространения звука?  (Обязательное условие для возникновения и распространения звука – наличие  упругой среды).

4) Назвать источник колебаний звука голосов людей. (Источником колебаний звука голосов людей являются их голосовые связки).

4.Информация о домашнем задании  §§  31-32  упр.26  № 2;  № 5

5.Рефлексия -  голоса  жизни.

                                   Карточка для рефлексии