Учебный проект - Организация учебного исследования характеристик звука

Версия 14:09, 20 января 2007

Учебный предмет: ФИЗИКА

Автор: Михеева Елена Михайловна

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.

Организация учебного исследования характеристик звука.Подробнее.

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.

Идет опыт...

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, обратитесь в глоссарий

Обоснуйте выражение «Всякое звучащее тело колеблется», используя отрывок из рассказа Б. Бианки: «Музыкант»: «Старик подкрался 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 распространения 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 волны 2 м, а период колебаний 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 разной высоты», при этом необходимо учитывать авторские права создателей электронных публикаций. В ходе работы с учебным проектом Вы будете иметь дело с различными видами информационных ресурсов Интернета, прежде все¬го, электронными 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 Интернета, не следует забывать о том, что практически все эти ресурсы (и особенно электронные "публикации) охраняются 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. Представлено верное решение предлагаемых задач.

Тема исследования № 2:

«Звук. Его характеристики: высота, тембр, громкость»

Цель: ввести основные характеристики звука: высота, тембр, громкость звука, выяснить механизм возникновения звуковой волны; продолжить формирование умений работать с учебной и дополнительной литературой, выделять главное, строить ответ с помощью обобщенных планов, проведенных экспериментов.

Проблемный вопрос: От чего зависит высота звука?

Материал по проблеме.

Слуховые ощущения человека определяются физическими параметрами звуковой волны, воздействующей на орган слуха. Традиционными физиологическими характеристиками воспринимаемого звука являются высота, тембр и громкость. Выясним, какие физические величины определяют подобную классификацию звуков.

Организация учебного исследования характеристик звука.Подробнее2

http://theremin.ru/lectures/sound.htm - сайт « Термин центр», библиотека

http://www.7not.ru/theory/01.phtml -сайт «Музыкальный колледж.7 нот»

http://www.glossary.ru/cgi-bin/gl_sch2.cgi?RRr:@os:p!nizq – Глоссарий.ru, слышимый звук, музыкальный звук.

http://www.krugosvet.ru/articles/23/1002314/1002314a10.htm - сайт «Энциклопедия «Кругосвет»»

http://www.megabook.ru/bes_98/encyclop.asp?TopicNumber=46209&rubr=242 – мегаэн-циклопедия «Кирилла и Мефодия»

http://alex-jet.narod.ru/acoustics.html - результаты экспериментов с акустически-ми системами.

Гипотезы:

Чем длиннее колеблющаяся часть линейки (чем больше воды в сосуде), тем выше звук.

Высота звука не зависит от длины колеблющейся части линейки(от количества воды в сосуде).

Громкость звука не зависит от силы удара.

Чем сильнее удар, тем громче звук.

При одинаковой силе удара по разным предметам, громкость звука может быть разной.

Определить цели исследования и провести эксперименты.

Опыт с линейкой

Эксперимент №1. Выполните следующие действия: прижмите к столу металлическую линейку и приведите её в колебательное движение, обратите внимание на высоту звука и частоту колебаний линейки. увеличьте (или уменьшите) длину колеблющейся части линейки, повторите опыт. сравните высоту звука и частоту колебаний с результатами предыдущего опыта.

Эксперимент №2 Вливая струю воды в высокий цилиндрический сосуд, проследить, как изменяется высота тона прослушиваемого звука по мере наполнения сосуда.

Эксперимент №3 Возьми несколько стеклянных банок и налей в них воду так, чтобы в каждой банке ее уровень был разным. Теперь постучи ручкой по горлышку каждой банки. Какая из них издает самый высокий звук?

Вывод 1: Высота звука зависит от частоты колебаний, то есть количества колебаний воздуха, производимых за 1 секунду. От одних звуков воздух (вода) колеблется быстрее, от других — медленнее. Поэтому все звуки раз-ные. Чем больше частота колебаний линейки (воды), тем выше звук, издаваемый ею.

Вторая серия экспериментов:

Эксперимент №1.

Слегка ударьте молоточком по одной ветви камертона. Запомните уровень гром-кости звука. Заглушите камертон и ударьте по нему сильнее, чем в первый раз. Как изменилась громкость звука?

Эксперимент №2 Попробуйте постучать по стене и двери комнаты с одинаковой силой. В каком случае стук получается более громким? Почему?

Вывод 2: Громкость звука зависит от силы колебаний воздуха. Если она велика, звук будет громким, если нет — он будет тихим.

Контроль

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

Подготовьте устно ответы на вопросы:

1.От чего зависит высота звука?

2.Что называется чистым тоном?

3.Что такое обертон и тембр звука?

4.Из чего «состоит» музыкальный звук?

5.Чем определяется громкость звука?

6.В каких единицах измеряется громкость звука?

7.Звук какой громкости вызывает у человека болевые ощущения?

8.Почему в больших городах необходимо принимать меры для уменьшения шумов?

9.Что такое интенсивность звука?

10.Что такое порог слышимости, болевой порог?

Задачи

1.Кто в полёте быстрее машет крыльями: муха, шмель или комар? Как это можно определить?

2.Крупный дождь можно отличить от мелкого по более громкому звуку, воз-никающему при ударе капель о крышу. На чём основана такая возможность?

3.Струна длиной 60 см издает звук с частотой основной моды 1 кГц. Какие обертоны может иметь звук? Чему равна скорость звука в струне?

4.Определите интенсивность звука в кабине автомобиля, если уровень ин-тенсивности 69,9дБ.[5 MKВТ/М2]

5.Какая интенсивность звука соответствует нулевому уровню интенсивно? [10 -12Вт/ М2]

6.Отбойный молоток создает уровень интенсивности звука 110 дБ. Какой уровень интенсивности возникает от двух таких одинаковых источников звука?[113Дб]

7.Детектор звука площадью 10 см2 фиксирует уровень интенсивности на улице города, равный 80 дБ. Какая энергия звука ежесекундно попадает на детектор?[10 -7 Дж]

Оформление результатов исследований:

Учащиеся оформляют результаты своей работы в виде Буклета (см. лист планирования буклета), например, буклет «Когда возникает звук», при этом необходимо учитывать авторские права создателей электронных публикаций. В ходе работы с учебным проектом Вы будете иметь дело с различными видами информационных ресурсов Интернета, прежде все¬го, электронными 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 ви-дами информационных ресурсов Интернета, не следует забывать о том, что прак¬тически все эти ресурсы (и особенно электронные публикации) охраняют¬ся Зако-ном об авторском праве9см. 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 буклете с указанием выдвигаемых гипотез, хода экспериментов, сделаны правильные выводы. Найдены и размещены в буклете интересные материалы по теме исследования. Представлено верное решение предлагаемых задач.

Тема исследования № 3:

«Распространение звука»

Цель: изучить процесс распространения звуковой волны, познакомить учащихся с условием возникновения звуковой волны, формулой расчета скорости волны, выяснить с какими скоростями распространяются звуковые волны в различных средах;

совершенствовать умение логически мыслить, решать качественные и рас-четные задачи;

проконтролировать знания и умения учащихся, приобретенные при изуче-нии темы.

Материал по проблеме.

Звуки распространяются в воздухе в виде звуковых волн; молекулы воздуха сначала сближаются друг с другом, потом удаляются друг от друга, затем вновь сближаются, и так далее, — в результате этого и образуются звуковые волны. Наличие среды – необходимое условие распространения звуковой волны. Скорость звука в различных средах различна и зависит от свойств среды.

Скорость звука в воздухе впервые была измере¬на в 1708 г.английским естествоиспыта-телем Уильямом Деремом. Стоя на крыше Апминстерской церкви в Эссексе он наблю-дал вспышку пороха в пушках в 19 км от церкви и измерял время, прошедшее между вспышкой и звуком выстрела.

Организация учебного исследования характеристик звука.Подробнее3.

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

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

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

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

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

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

http://www.megabook.ru/bes_98/encyclop.asp?TopicNumber=46209&rubr=242 – мегаэн-циклопедия «Кирилла и Мефодия»

Гипотезы:

1.Скорость звука в разных средах неодинакова.

2.Скорость звука в разных средах одинакова.

3.Пористые и упругие тела неодинаково проводят звук.

Определить цели исследования и провести эксперименты.

Эксперимент №1.

Сделайте игрушечный «телефон», состоящий из двух коробок, соединенных на-тянутой проволокой, Почему такое устройство позволяет переговариваться тихим голосом на расстоянии в несколько десятков метров.

Эксперимент №2.

Если ударить молотком по одному концу длинной металлической трубы(например, водопроводной), то стоящий у другого конца трубы услышит двой-ной удар. Почему?

Эксперимент №3. Карманные часы, положите на одном конце стола, приложив ухо к другому концу стола можно отчетливо услышать даже такой слабый звук, как тиканье карманных часов.

Вывод: Звук распространяется в различных средах: твердых, жидких, газообразных. В различных средах скорость распространения звука неодинакова. В вакууме звук не распространяется.

Контроль

Если при решении задач необходимо вспомнить какое-либо понятие, обратитесь в глоссарий.

Подготовьте устно ответы на вопросы: 1. Может ли звук распространяться в газах, жидкостях, твердых телах? Ответы подтвердите примерами. 2. Какие тела лучше проводят звук: упругие или пористые? Приведите примеры упругих и пористых тел. 3. Каким образом обеспечивают звукоизоляцию помещений, т. е. защищают помещения от посторонних звуков? 4. Каким образом у человека вызывается ощущение звука? 5. Какую волну представляет собой звук, распространяющийся в газах и жид-костях? 6. Как была измерена скорость звука в воздухе? 7. От чего зависит скорость распространения звука в воде?

Задачи.

1.Объясните, как слуга из рассказа «Барон Мюнхаузен» смог узнать, что ско-роход заснул: «Я позвал своего слугу, того самого, который слышал, как растет трава в поле. И спросил его, не слышит ли он топота ног моего скорохода. Он при-ложил ухо к земле и сообщил, к моему величайшему горю, что бездельник скороход заснул».

2.Герой рассказа О. Генри ударил поросенка с такой силой ,что он полетел, «опережая звук собственного визга». С какой наименьшей скоростью должен был лететь поросенок, чтобы описанный случай произошёл в действительности?

3.Почему в туман гудки паровозов, пароходов слышны на более далеком рас-стоянии, чем в солнечную погоду.

4. Почему мы не слышим грохота мощных процессов, проходящих на Солнце?

5.Человек услышал звук грома через 10 с после вспышки молнии. Считая, что скорость звука в воздухе 343 м/с, определите, на каком расстоянии от человека ударила молния? (3430 м.)

6.Наблюдатель услышал раскаты грома спустя 6 с после вспышки молнии. На каком расстоянии произошел грозовой раз¬ряд? (Скорость v звука в воздухе принять равной 1/3 км/с.)

7.Определить длину звуковой волны при частоте 200 Гц, если скорость рас-пространения волны равна 340 м/с.

8.Определите скорость звука в воде, если источник звука, колеблющийся с периодом 0,002 с, возбуждает в воде волны длиной 2,9 м.

9. Звуковые колебания распространяются в воде со скоростью 1480 м/с, а в воздухе - со скоростью 340 м/с. Во сколько раз изменится длина звуковой волны при переходе звука из воздуха в воду?

10. Заполни таблицу

Длина волны

Оформление результатов исследований:

Учащиеся оформляют результаты своей работы в виде Бюллетеня (см. лист планирования буклета), например, Бюллетень «Интересное о звуках», при этом необходимо учитывать авторские права создателей электронных публикаций. В ходе работы с учебным проектом Вы будете иметь дело с различными видами информационных ресурсов Интернета, прежде всего, электронными публикациями. Помимо этого, на завершающем этапе работы с проектом Вы будете сами создавать и размещать свои публикации в Интернете. Приступая к этой работе и знакомясь с различ-ными видами информационных ресурсов Интернета, не следует забывать о том, что практически все эти ресурсы (и особенно электронные публикации) охраняются Законом об авторском праве 9см. 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 Бюллетене с указанием выдвигаемых гипотез, хода экспериментов, сделаны правильные выводы. Найдены и размещены в Бюллетене интересные материалы по теме исследования. Представлено верное решение предлагаемых задач, правильно заполнена таблица.

Тема исследования № 4:

Отражение звука. Эхо.

Цель: изучить процесс отражения звука от различных препятствий, познакомиться со способами усиления звука, выяснить условия возникновения резонанса;

совершенствовать умение логически мыслить, решать качественные и рас-четные задачи;

проконтролировать знания и умения учащихся, приобретенные при изуче-нии темы.

Проблемный вопрос: Когда мы слышим эхо?

Материал по проблеме.

Эхо

Каждый из вас знаком с таким звуковым явлением, как эхо. Эхо образуется в результате отражения звука от различных преград - стен большого пустого помещения, леса, сводов высокой арки в здании. Но почему мы не слышим эха в небольшой квартире? Ведь и в ней звук должен отражаться от стен, потолка, пола Подробнее

Рупор

Дельфины

резонаторный ящик

нитяной маятник

Каждый из вас знаком с таким звуковым явлением, как эхо. Эхо образуется в результате отражения звука от различных преград - стен большого пустого помещения, леса, сводов высокой арки в здании (рис.). Но почему мы не слышим эха в небольшой квартире? Ведь и в ней звук должен отражаться от стен, потолка, пола. Оказывается, мы слышим эхо лишь в том случае, когда отраженный звук воспринимается отдельно от произнесенного. Для этого нужно, чтобы промежуток времени между воздействием этих двух звуков на ушную барабанную перепонку составлял не менее 1/15 с. Давайте определим, через какое время после произнесенного вами короткого возгласа отраженный от стены звук достигнет вашего уха, если вы стоите на расстоянии 3 м от этой стены. Звук должен пройти двойное расстояние — до стены и обратно, т.е. 6 м, распространяясь со скоростью 340 м/с. На это потребуется время t = s/v: t = 6м/340м/с ≈ 1/50 с. В данном случае интервал между двумя воспринимаемыми нами звуками— произнесенным и отраженным— значительно меньше того, который необходим, чтобы услы¬шать эхо. Кроме того, образованию эха в комнате препятствует находящаяся в ней мебель, шторы и другие предметы, частично поглощающие отраженный звук. Поэтому в таком помещении речь людей и другие звуки не искажаются эхом и звучат четко и разборчиво. Но в большом зале звуки речи орато¬ра, дошедшие до слушателей напрямую и отраженные от стен, потолка и других предметов, воспринимаются как отдельные, так как промежуток между ними часто оказывается больше 1/15 с. В результате этого каждый слог растягивается, накладывается на следующий, и речь становится малоразборчивой. Речь искажается эхом особенно сильно при малом количестве слушателей в зале, когда отраженные звуки почти не поглощаются. Для улучшения звуковых свойств больших залов и аудиторий их стены часто облицовывают звукопоглощающими материалами. На свойстве звука отражаться от гладких поверхностей основано действие рупора — расширяющейся трубы обычно круглого или прямоугольного сечения (рис). 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 – результат отражения звука от различных препятствий.

Условия, при которых образуется эхо: 1)промежуток времени между воздействием на ушную перепонку произнесенного и отраженного звука должен составлять не менее 1/15 с; 2)малое количество поглощающих отраженный звук предметов. Гидролокация это способ обнаружения и определения местоположения предметов глубоко под водой. Установленный на корабле специальный прибор — он называется гидролокатором — издает отображаемые на экране звуковые колебания, которые распространяются в воде. Столкнувшись с каким-либо объектом, звук отражается от него в виде эха и улавливается гидролокатором.

Как ориентируются дельфины.

В мутной воде, где ничего не видно, дельфины ориентируются по звуку, используя принцип гидролокации. Они издают громкое щелканье и улавливают эхо, отражающееся от препятствий. Таким образом они определяют размеры препятствия и расстояние до него. Некоторые виды китов общаются друг с другом при помощи звука. Издаваемые ими звуки распространяются под водой на несколько сотен километров.

«Сонар» кита

Киты и дельфины издают писк, щелчки и свист очень высокого тона. Эти звуки отражаются от морского дна и от косяков рыбы, служащей им пищей. Так киты создают «звуковую картину» окружающего пространства и находят себе пищу.

Звуковой резонанс.

Мы знаем, что амплитуда установившихся вынужденных механических колебаний достигает наибольшего значения в том случае, если частота вынуждающей силы совпадает с собственной частотой колебательной системы. Это явление называется резонансом. Например, довольно тяжелый нитяной маятник (рис.) можно сильно раскачать, если периодически действовать на него даже очень слабой струей воздуха с частотой, равной его собственной частоте (т. е. так, чтобы направ¬ление движения струи каждый раз совпада¬ло с направлением движения маятника). Резонанс может быть вызван и действием звуковых волн. Это можно пронаблюдать на опыте, показанном на рисунке 80. На нем изображены два камертона с одинаковыми собственными частотами, укрепленные на резонаторных ящиках и установленные на некотором расстоянии друг от друга. Один из камертонов приводят в колебание. Через некоторое вре¬мя, прикоснувшись к нему рукой, заглушают его. Однако звук еще слышится. Его издает второй камертон. Если дотронуться и до него рукой, то звук исчезнет совсем. А так как второй камертон никто не возбуждал, то приходят к выводу, что он был возбужден колебания¬ми воздуха (звуковыми волнами), пришедшими к нему от первого камертона. Если изменить частоту колебаний второго камертона, прикрепив к нему кусочек воска, то он не будет отзываться на колебания перво¬го камертона, т. е. звука от него мы не услышим. Если открыть крышку рояля и, нажав на педаль, громко произнести звук какой-нибудь высоты, то рояль отзовется звуком такой же высоты. Из всех струн рояля зазвучит только одна струна, настроен¬ная на высоту произнесенного звука, остальные струны звучать не будут. Рассмотренное явление называется звуковым резонансом. Тело, отзывающееся (резонирующее) на звук, называется резона¬тором. Всякое тело, способное звучать, может быть резонатором. Когда камертон приводят в колебание, то совершают работу, т. е. камертону сообщают определенный запас энергии. Возбуждая звуковые колебания в воздухе, камертон расходует энергию. С течением времени запас энергии звучащего камертона уменьшается, уменьшается и громкость звука. Для усиления звука камертоны часто устанавливают на так называемых резонаторных ящиках определенных размеров (см. рис.). При звучании камертона в колебание приходит столб воздуха в ящике. Этот столб колеблется в резонанс с колебаниями камертона. Камертон, снабженный таким ящиком (резонатором), издает более громкий, но менее длительный звук (по закону сохране¬ния энергии). В музыкальных инструментах роль резонаторов выполняют части их корпусов. Например, в гитаре, скрипке и других подобных им струнных инстру¬ментах резонаторами служат деки. Резонаторы способствуют усилению звука, издаваемого инструментами, и придают звуку характерную окраску — тембр, по которому можно отличить звучание одного инструмента от другого. Тембр звука зависит не только от формы и размера резонатора, и от того, из какого дерева он изготовлен, и даже от состава лака, покрывающего его. Тембр определяется также материалом, из которого сделана струна, и тем, гладкая она или витая. Источником голоса человека и многих животных являются голосовые связки — своеобразные струны. Под действием воздушной струи, идущей из легких, голосовые связки колеблются и издают слабый звук. Этот звук, проходя через естественные резонаторы гортань и полость рта, усиливается и приобретает тот или иной тембр, свойственный голосу данного человека. По тембру голоса мы узнаем знакомых нам людей, не видя их.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Гипотезы: 1. Отражение звука не зависит от наличия предметов в комнате. 2. Звук можно усилить, не повышая голоса. 3. Можно рассчитать наименьшее расстояние до преграды, чтобы услышать эхо. 4. Можно заставить звучать предмет, не дотрагиваясь до него.

Определить цели исследования и провести эксперименты.

Эксперимент №1. Опустите в сосуд с водой ручные водонепроницаемые часы и расположите ухо на не¬котором расстоянии. Звук почти не слышен. Расположите над сосудом под углом 45° плотный картон или книгу. Почему происходит усиле¬ние звука?

Эксперимент №2. 1.Поставьте рядом два одинаковых камертона, обратив отверстие ящиков, на которых они укреплены, друг к другу (рис.) 2.Ударьте один из камертонов и приглушите его пальцами. Наблюдайте, как зву-чит второй камертон. 3.Возьмите два разных камертона или прикрепите к одной из ножек камертона кусок пластилина (т.е. различной высоты тоны), повторите опыт. Звучит ли второй камертон?

Вывод: 1.Ещё раз убедились, что звук распространяется в различных средах (вода, воз-дух). Кроме того, в данном эксперименте картон выполняет роль рупора. Мы «на-блюдаем» образование узконаправленного пучка, за счёт чего мощность звука увеличивается, и он распространяется на большее расстояние. Наилучшая слыши-мость при угле наклона картона в 450. 2. Ящики усиливают звук камертонов, вследствие резонанса между камертона-ми и столбом воздуха, заключенного в ящике, поэтому второй камертон звучит, хотя до него не дотрагивались. Во втором случае не выполняется условие возникновения резонанса – камертон не звучит.

Контроль Если при решении задач необходимо вспомнить какое-либо понятие, обратитесь в глоссарий.

Подготовьте устно ответы на вопросы:

1.В результате чего образуется эхо?

2.Почему эхо не возникает в маленькой, заполненной мебелью комнате, но возникает в большом полупустом зале?

3.Может ли возникнуть эхо в степи?

4.Стекло поглощает звук меньше, чем воздух. Почему же уличный шум лучше слышен при открытых окнах?

5.Что происходит с энергией звука, когда он становится неслышным?

6.Почему при осмотре колес вагонов во время стоянки поезда их обстукивают молотком?

7. Приведите примеры проявления звукового резонанса.

8. Для чего камертоны устанавливают на резонаторных ящиках?

Задачи.

1. С какой скоростью распространяется звук в атмосфере Венеры, если эхолот спускаемого аппарата космического корабля на высоте h = 1 км принял сигнал, от-раженный от поверхности Вене¬ры, через 8 с после излучения? (250 м/c)

2.Расстояние до преграды, отражающей звук, 136 м. Через сколько времени че-ловек услышал эхо? ( 0,8 с)

3.В поле звук распространяется на значительно большее рас¬ стояние, чем в лесу. Почему?

4.Какова глубина моря, если промежуток времени между излу¬чением и прие-мом сигнала эхолота t = 4 с, скорость звука в воде равна 1500 м/с? (3 км)

5.Во сколько раз изменится длина звуковой волны при ее пере¬ходе из воды в воздух? скорость звука в воздухе равна 343 м/с, скорость звука в воде равна 1483 м/с. Учтите, что частота волн при переходе из од¬ной среды в другую не из-меняется.( ~ в 4 раза.)

6.Человек, хлопнувший в ладони, услышал эхо через время t = 1 с. На каком расстоянии S находится препятствие, отразившее звук? Скорость звука в воздухе 340 м/с. (170 м)

7.Частотный диапазон рояля от 90 до 9000 Гц. Найти диапа¬зон длин звуковых волн в воздухе? скорость звука в воздухе = 340 м/с. (~ 3,8 м, ~ 0,038 м)

Оформление результатов исследований:

Учащиеся оформляют результаты своей работы в виде Web-сайта (см. Планирование содержания и оформления веб-сайта), например, Web-сайт «Акустика – наука о звуках» , при этом необходимо учитывать авторские права создателей электронных публикаций. В ходе работы с учебным проектом Вы будете иметь дело с различными видами информационных ресурсов Интернета, прежде все¬го, электронными публикациями. Помимо этого, на завершающем этапе работы с проектом Вы будете сами создавать и размещать свои публикации в Интернете. При-ступая к этой работе и знакомясь с различными видами информационных ресурсов Интернета, не следует забывать о том, что прак¬тически все эти ресурсы (и особенно электронные публикации) охраняют¬ся Законом об авторском праве9см. 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 Web-сайте с указанием выдвигаемых гипотез, хода экспериментов, сделаны правильные выводы. Най-дены и размещены в Web-сайте интересные материалы по теме исследования. Представлено верное решение предлагаемых задач.