Учебный проект - Организация учебного исследования характеристик звука

Версия 17:19, 19 января 2007

Учебный предмет: ФИЗИКА

Пояснительная записка

Предлагаемое изложение темы школьного курса физики представляет собой учебное пособие, использующее уникальные возможности современного мультимедийного ПК и охватывающего разделы физики 9-11 классов.

При подготовке этого пособия учебный материал был специально подобран в соответствии с программой по физике для общеобразовательных школ. В основу настоящего пособия были положены самые распространенные в России учебники по физике:

1. И. К. Кикоин, А.К. Кикоин. Физика-9. Изд. 3-е. М.: Просвещение, 1994.

2. Г. Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев. Физика-10, 11. Изд. 3-е. М.:

Просвещение, 1994.

4. А. В. Перышкин, Е. М. Гутник Физика-9. изд. 5-е. М. : Дрофа, 2002.

5. В. А. Касьянов, Физика-10, 11. Изд. 5-е. М.: Дрофа, 2003.

Для удобства учащихся названия тем, вошедших в данное пособие, практически совпадают с соответствующими параграфами указанных учебников. И проработка нашего пособия очень похожа на изучение(повторение) школьного курса физики на уровне требований общеобразовательной школы. Однако в некоторых вопросах материал все же выходит за рамки базовых требований, а некоторые вопросы, обсуждаемые в цитированных учебниках, в нашем пособии опущены. Некоторое смещение акцентов в изложении материала по сравнению с базовым курсом связано с желанием представить материал максимально сжато, но без потери основных идей.

Полагаю, что на проработку одной темы достаточно отвести один день. Таким образом, полное изучение всего пособия(а значит и учебной темы) возможно за 5 дней работы с пособием. Хотя,следует заметить, что эксперименты столь увлекательныи просты, что при желании и заинтерессованности можно затратить значительно меньше времени. Отметим, что работа с настоящим пособием ("живая" работа за компьютером, решение тестов и задач) также предполагает работу с учебниками.

Структура пособия такова. Пользователь может начать работу над одним из 5 конкретных вопросов.

В каждом вопросе пользователь найдет: Текст (с формулами,где они имеются), содержащий объяснение темы. Рисунки и графики, относящиеся к теме. Биографические сведения о некоторых ученых, внесших важный вклад в развитие физики. Тесты на усвоение материала темы Задачи по теме (для уверенности в правильности решения дается ответ). Возможность вызова в любой момент справок, касающихся системы единиц, фундаментальных физических постоянных, таблиц численных значений ряда физических величин.

Подчеркнем, что предлагаемое пособие предназначено как для последовательного изучения темы школьниками 9-го и 10-го классов, так и для школьников 11-го класса, выпускникоб профтехучилища или любого другого человека, который желает за сравнительно короткий срок эффективно повторить данную тему школьного курса физики.

При составлении текста биографий ученых использовался сборник Г. М. Голина и С. Р. Филоновича "Классики физической науки", а также книга Ю. А. Храмова "Физики". Помощь в составлении таблиц оказали "Справочник по элементарной физике" Н. И. Кошкина и М. Г. Ширкевича и "Энциклопедия элементарной физики" С. В. Громова.

Советы ученикам. Дорогой друг! Ты изучаешь компьютерное пособие, которое должно помочь тебе усвоить тему школьного курса физики. Вот несколько простых советов, следование которым поможет извлечь максимум пользы из этого пособия.

Это пособие устроено так, что рядом с компьютером обязательно должен лежать твой школьный учебник 9-11 классов по физике. Приступая к изучению конкретного вопроса, приготовь бумагу и ручку, раскрой учебник на соответствующей теме и вызови на дисплей текст вопроса. Читая текст, выписывай все встречающиеся формулы и проделывай все выкладки. Часть из них опущена в тексте - ты обязательно должен их восстановить и получить окончательные формулы. Читая текст, не пропускай ни одной иллюстрации, внимательно рассмотри их. Если тебе предлагается анимация - запусти ее и следи за происходящим на экране. Таким образом ты можешь лучше понять суть физических закономерностей и зависимостей одних величин от других. Прочитав текст вопроса, посмотри, как изложен тот же вопрос в учебнике. Там содержатся многие детали описания физических явлений, опущенные в нашем пособии. Если ты решил, что понял суть вопроса, переходи к тестам и решению задач. Все необходимые формулы и физические термины содержатся либо в тексте вопроса, либо в Глоссарии.

Контрольные материалы собраны в конце каждого раздела

Пользователь может получить краткую справку о том или ином физическом термине в Глоссарии.

В пособии создана разветвленная система вложенных гиперссылок, позволяющая вести поиск в отдельной статье, во всем материале и поиск внутри статей, на которые указывают гиперссылки.

Основополагающий вопрос: Почему нет в мире абсолютной тишины?

Вопросы учебной темы :

1. Источники звука. Звуковые колебания (волны).

2. Звук. Его характеристики: высота, тембр, громкость.

3. Распространение звука.

4. Отражение звука. Эхо.

5. Ультразвук и инфразвук.

Форма работы: Обобщающая

Темы самостоятельного исследования:

1. Когда возникает звук?

2. От чего зависит высота звука?

3. Как зависит скорость звука от среды?

4. Когда мы слышим эхо?

5. Как звуки влияют на человека?

Тема исследования № 1:

«Источники  звука. Звуковые колебания (волны)»

Цель: формирование понятия звука как продольной волны, содержащей сжатия и разряжения, возникающие вследствие колебаний источника звука; совершенствовать умение логически мыслить, решать качественные и рас-четные задачи; проконтролировать знания и умения учащихся, приобретенные при изуче-нии темы.

Проблемный вопрос: Когда возникает звук?

Материал по проблеме.

Акустика – раздел физики, в котором изучаются звуковые явления. Звук возникает в результате вибрации (колебания) воздуха, произнося что-либо, мы заставляем воздух вибрировать. Его вибрация распространяется в виде волн, воспринимаемых ушами окружающих людей, и они слышат звук нашего голоса.

Подробнее. 1. Тема исследования: «Источники звука. Звуковые колебания (волны)»

Акустика - раздел физики, в котором изучаются звуковые явления

Звуки, воспринимаемые человеческим ухом, являются одним из важнейших источников информации об окружающем мире. Шум моря и ветра, пение птиц, голоса людей и крики животных, раскаты грома, звуки движущихся машин, воспринимаемые человеческим ухом, позволяют легче адаптироваться в изменяющихся внешних условиях. Рассмотрим процесс возникновения и восприятия звуковых волн.

Звуковые волны — упругие волны в среде, вызывающие у человека слуховые ощущения.

Файл:Пчела.jpg

Колебания источника звука (например, струны или голосовых связок) вызывают в воздухе волны сжатия и разрежения (см. рис.) Достигнув человеческого уха, звуковые волны заставляют барабанную перепонку совершать, вынужденные колебания с частотой, равной частоте колебаний источника. Свыше 20 000 нитевидных рецепторных окончаний, находящихся во внутреннем ухе, преобразуют механические колебания в электрические импульсы. При передаче импульсов по нервным волокнам в головной мозг у человека возникают определенные слуховые ощущения. Слуховые ощущения у человека вызывают звуковые волны с частотой колебаний, лежащей в пределах от 16 Гц до 20 кГц.

Файл:Ухо.jpg

Инфразвук — упругая волна с частотой < 16 Гц; ультразвук — упругая волна с частотой > 20 кГц. Частота собственных колебаний струны (v = 1/Т = v/λ связана с ее длиной соотношением:

Как следует из формулы частота колебаний обратно пропорциональна размеру колеблющегося источника, поэтому инфразвуковые волны, имеющие малую частоту, вызываются источниками, размеры которых превышают расстояния, характерные для повседневного опыта человека. Такие волны возникают при землетря¬сении, извержении вулкана, грозовом разряде, взрыве ядерной бомбы. Звуковые волны создаются источниками, имеющими размеры от нескольких миллиметров до десятков метров. Миллиметровые источники могут генерировать ультразвуковые волны, которые (так же как и инфразвук) не вызывают слуховых ощущений у человека. Ультразвук способны излучать и улавливать некоторые животные, например летучие мыши и дельфины. Анализ отраженных сигналов, полученных при ультразвуковой локации, помогает этим животным ориентироваться в пространстве в условиях слабой освещенности или отсутствия видимого света и находить пищу.

1. http://www.rambler.ru/srch?words=%FD%EB%E5%EA%F2%F0%EE%ED%ED%FB%E5+%E1%E8%E1%EB%E8%EE%F2%E5%EA%E8+%C0%EA%F3%F1%F2%E8%EA%E0-%ED%E0%F3%EA%E0+%EE+%E7%E2%F3%EA%E0%F5&old_q=%FD%EB%E5%EA%F2%F0%EE%ED%ED%FB%E5+%E1%E8%E1%EB%E8%EE%F2%E5%EA%E8&btnG=%CD%E0%E9%F2%E8%21 – сайт «Акустика» библиотека

2. http://reshen.ru/ist.HTM - сайт «ДЗБП (Дз без проблем) - для студентов и школьников», статья «Источники звука»

3. http://hardd.jino-net.ru/modules.php?name=Pages&pa=showpage&pid=26 – сайт «Занимательная физика», статья «Эхо со дна моря»

4. http://www.newsounds.ru/index.php - сайт «Всё о звуке»

5. http://bessmerten.ru/bessmertie/sound.htm - сайт «Звук - формула звука, что такое «звук»».

6. http://www.ozvuke.ru/ - сайт «Мир звуков»

7. http://cat.tmn.fio.ru/works/40x/311/p04.htm - статья «Источники звука»

8. http://class-fizika.narod.ru/9_28.htm -сайт «Классная физика», статья «Отражение звука. Эхо»

9. http://www-ki.rada.crimea.ua/nomera/2006/231/na.html - сайт газеты «Крымские известия», статья «Говорящая на всех языках»

Проведите эксперименты: 1.Звуковую вибрацию можно наблюдать. Накрой пластиковую банку куском тонкой резины (например, от воздушного шарика) и закрепи его резинкой. Сверху насыпь тонкий слой соли. Теперь громко скажи что-нибудь. В результате вибрации, создаваемой твоим голосом, крупинки соли начнут подпрыгивать.

2.Положить рисовые (или гречневые, пшенные) зерна на мембрану работающего громкоговорителя (колонки). Они будет подпрыгивать до тех пор, пока громкоговоритель (колонка) не будет выключен.

Ответьте на вопрос:

Что является источником звуковых колебаний?

Гипотезы: Можно ли утверждать, что всякое звучащее тело колеблется? Звучит ли всякое колеблющееся тело? Определить цели исследования и провести эксперименты. 1.Возбудите колебания длинной стальной линейки, зажатой в тисках (или просто плотно прижатой к столу). 2. Подберите длину линейки таким образом, чтобы порождаемые ею волны не были слышны. 3.Укоротите выступающую часть линейки и заставьте линейку звучать. Вывод: Всякое звучащее тело колеблется, но не все звуки воспринимает человеческое ухо. Слуховые ощущения у человека вызывают звуковые волны с частотой коле-баний, лежащей в пределах от 16 Гц до 20 кГц

Контроль: Решение задач Если при решении задач необходимо вспомнить какое-либо понятие, обрати-тесь в глоссарий

Обоснуйте выражение «Всякое звучащее тело колеблется», используя отрывок из рассказа Б. Бианки: «Музыкант»: «Старик под¬крался из-за елочки и видит на опушке разбитое грозой дерево, из не-го торчат длинные щепки, а под деревом сидит медведь. Схватил он одну щепку и отпустил ее, щепка выпрямилась, задрожала, и в воздухе раз¬далось: «Дзинь!» - как струна пропела. Звук замолк, медведь опять за свое: оттянул щепку и отпустил».

Вариант 1 1.Лодка качается на морских волнах с периодом 2 с. Опре¬делить длину мор-ской волны, если она распространяется со скоростью 4м/с. 2.Скорость распространения волны 6 м/с, расстояние между соседними гребнями волны 3 м. Чему равна частота колебаний в этой волне?

Вариант 2 1.Рыболов заметил, что поплавок на воде совершает колебания с частотой 0,5 Гц, а расстояние между соседними гребнями волн, вызывающих колебания по-плавка, равно 6 м. Чему равна скорость рас¬пространения этих волн? 2.Чему равна длина волны, распространяющейся со скоростью 5м/с, в которой за 10 с успевают произойти 4 колебания?

Вариант 3 1.С какой скоростью распространяется волна, если длина вол¬ны 2 м, а период ко-лебаний частиц 0,2 с? 2.Найти длину волны, распространяющейся со скоростью 12 м/с, если частицы в волне колеблются с частотой 0,6 Гц.

Вариант 4 1.Человек, стоящий на берегу моря, определил, что расстояние между следующи-ми друг за другом гребнями волн равно 8 м. Кроме того, он подсчитал, что за 1 мин мимо него прошло 24 волновых гребня. Определите скорость распростране-ния волны. 2.Каков период колебаний частиц в волне, если длина волны 4м, а скорость распространения 8 м/с?

Вариант 5 1.Найти скорость распространения волны, если частота колебаний частиц в вол-не 340 Гц, а длина волны 1 м. 2.Лодка качается на волне с частотой 0,5 Гц. Какова скорость этой волны, если расстояние между соседними гребнями равно 3 м?

Оформление результатов исследований:

Учащиеся оформляют результаты своей исследовательской работы в виде презен-тации (см. примерный сценарий презентации), например, презентация «Звуки раз-ной высоты», при этом необходимо учитывать авторские права создателей элек-тронных публикаций. В ходе работы с учебным проектом Вы будете иметь дело с различными видами информационных ресурсов Интернета, прежде все¬го, элек-тронными публикациями. Помимо этого, на завершающем этапе ра¬боты с проектом Вы будете сами создавать и размещать свои публикации в Интернете. Приступая к этой работе и знакомясь с различными видами информационных ресурсов Интерне-та, не следует забывать о том, что прак¬тически все эти ресурсы (и особенно элек-тронные "публикации) охраняют¬ся Законом об авторском праве(смотри материалы сайта).

http://www.relcom.ru/Archive/1997/ComputerLaw/

Все решаемые задачи, записываются в тетради, затем сканируются как рисунок и отправляются по электронной почте для проверки. Тема считается изученной, если результаты исследования представлены в презентации с указанием выдвигаемых гипотез, хода экспериментов, сделаны правильные выводы. Пред-ставлено верное решение предлагаемых задач.