Звуковые волны - Колебания и волны

Цель: ознакомить учащихся со звуковыми волнами как одним из видов механических волн.

Демонстрации: звучание камертона; возбуждение звуковых волн при помощи металлической линейки.

Ход урока

I. Повторение. Проверка домашнего задания

Проверку домашнего задания можно построить на заслушивании докладов заранее подготовленных учеников.

При выслушивании докладов у учащихся неизбежно возникнут вопросы, на которые отвечают, как правило, сами докладчики. Такая форма опроса и проверки знаний активизирует познавательную деятельность учащихся, а также развивает самостоятельность в работе с литературой.

II. Изучение нового материала

План изложения нового материала:

1. Определение звуковых волн.

2. Источники звука. Искусственные и естественные источники.

1. Перед тем, как приступить к освещению нового материала, следует сказать, что механические волны занимают очень широкий диапазон по частоте колебаний. Он условно занимает частотный спектр 0 ≤ v_м ≤ 200 кгц.

Далее на простом примере можно показать, что один и тот же тип колебаний в определенной ситуации мы можем слышать, а в другой - нет: длинная линейка, защемленная в тисках, совершает колебания, которые мы не слышим. Стоит только укоротить линейку и возбудить в ней колебания, как мы сразу станем их слышать. При этом важно заметить, что частота колебаний возросла.

Упругие волны, которые воспринимаются человеческим слухом, называются звуковыми. Раздел механики, изучающий звуковые волны, называется акустикой.

Ухо нормального человека устойчиво может воспринимать звуковые колебания в диапазоне частот от v = 20 Гц до v = 20000 Гц. Конечно, далеко не каждый человек может воспринимать волны с v = 20 Гц или v = 20000 Гц. В то же время человеческое ухо очень чутко реагирует на колебания внешней среды, хотя с возрастом эта чувствительность уменьшается. Для взрослого человека весь акустический диапазон недоступен и рабочим диапазоном является 50 Гц ≤ v_зв ≤ 14000 Гц.

Важность звуковых волн трудно переоценить. Общение людей основано на возможности воспринимать речь другого человека.

2. Любое тело, совершающее колебания с. частотой 20 Гц ≤ v ≤ 20000 Гц, порождает возникновение звуковых волн и называется источником звука.

Среди животных, птиц и рыб существуют виды, которые воспринимают упругие волны с очень низкими и с очень высокими частотами. Самым универсальным в этом смысле является дельфин, который способен воспринимать волны с частотой колебаний в диапазоне 0,4 кГц < v < 200 кГц.

Среди источников звука есть как естественные источники, так и искусственные.

Примером искусственных источников звука является камертон (учитель демонстрирует работу камертона). Он был изобретен в начале XVIII века для настройки музыкальных инструментов.

Суть образования звуковой волны камертоном заключается в том, что при ударе по одной его ветви, вторая ветвь также начинает колебаться. Для усиления звуковых волн ветви камертона часто укрепляют на резонаторном ящике, который открыт с одного торца. Стандартный камертон выдает волны с частотой 440 Гц.

Далее нужно подчеркнуть, что звуковые колебания возникают не только в твердых телах и не только от колебания твердых тел. Примером 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.

Типичным примером источника звука является и обычная звуковая сирена. Ее работа основана на периодическом прерывании воздушного потока, проходящего через колесо с отверстиями. Частота звука такой сирены определяется по формуле:

v = n ·k,

где n - число оборотов колеса за 1 с, а k - число отверстий в колесе.

Звуковые волны являются продольными, они образуются при деформациях сжатия-растяжения в любых средах: жидкость, твердое тело, газ.

Домашнее задание

1. § 24 учебника; вопросы и задания к параграфу.

2. Задачи и упражнения (учебник, с. 126) № 113.

3. Сборник задач В. И. Лукашика, Е. В. Ивановой, № 898-901.