Громкость и высота звука. Эхо - Колебания и волны

Цель: изучить основные характеристики звуковых волн.

Демонстрации: бумажный рупор; работа широкополосного динамика.

Ход урока

I. Повторение. Проверка домашнего задания

При проверке домашнего задания разбираются ответы на вопросы в конце 25-го параграфа, а также проверяются решения домашних задач. Будет очень полезным, если, немного усилив объем экспериментального задания, предложить отдельным ученикам продемонстрировать его на уроке. Например, положив работающий секундомер в металлическую коробочку, мы снова слышим ход секундомера. Стоит только поверх секундомера положить кусок ваты, как ход часов становится неслышен. Это указывает на то, что звуковые волны в некоторых средах очень хорошо поглощаются.

Примером хорошей проводимости звуковых волн может явиться металлический стержень длины (1,5-2) м. Приведя в соприкосновения корпус секундомера и один из торцов стержня, мы, приложив ухо к другому торцу, услышим ход часов. Для уменьшения поглощения звуковой волны стержень лучше подвесить на двух нитях.

II. Изучение нового материала

План изложения нового материала:

1. Демонстрация опыта с рупором.

2. Громкость и высота звука.

3. Использование мегафонов и громкоговорителей, фонографов.

4. Тон и тембр.

5. Эхо.

1. Изложение нового материала можно начать с демонстрации бумажного рупора. При этом учащиеся наблюдают, что это устройство как бы фокусирует звуковую волну, не давая ей быстро угасать.

2. Мы знаем, что важнейшими характеристиками любой волны являются скорость, амплитуда, период и длина. Для звуковой волны основными становятся амплитуда А и период колебаний Т. Почему?

Любое человеческое ухо может воспринимать волну лишь при определенной амплитуде колебаний и определенной частоте. Оптимальный диапазон для человека 1000 Гц ≤ v ≤ 5000 Гц. В этом случае без напряжения человек воспринимает звуковую волну. Говоря об энергии, переносимой волной, мы связываем это с величиной амплитуды колебаний. Но это можно делать, измеряя интенсивность звука.

Под интенсивностью звука понимают ту энергию, которая в течение 1 с переносится через площадь, равную 1 м2. Человек может воспринимать волны с очень малой и очень большой интенсивностью. При этом данные интенсивности звуков могут отличаться в триллионы раз. Данный факт подчеркивает, что человеческие органы слуха очень совершенны и гибки в смысле настройки на разные волны.

Любая физическая величина должна быть измерена. За единицу громкости принят 1 сон. 1 сон - небольшая единица. Этому значению соответствует тихий разговор. Шум улицы - примерно 10 сон. Звук работающего реактивного двигателя составляет примерно 250 сон. Начиная с громкости 200-210 сон возникают болевые ощущения.

3. Для усиления человеческого голоса используют мегафоны и громкоговорители (динамики).

Можно продемонстрировать, как изменяется громкость при помощи усилителя, соединенного с динамиком. Лучше, если воспроизводится музыкальная запись на магнитофонной ленте или диске.

Оказывается, что рупор можно применять не только для усиления звуковых волн, но и для усиления звука при приеме. Очень наглядным является опыт, который можно легко поставить в классе. На расстоянии 4-5 метров стоят два ученика. Один из них при помощи рупора шепчет произвольные фразы. При этом второй ученик не различает пришедшие волны. Если он приложит к уху второй рупор, то смысл фраз становится понятным.

В основу первых звукозаписывающих и воспроизводящих устройств (фонографов) был положен принцип улавливания звуковых волн рупором с последующей передачей колебаний мембраны на иглу, которая оставляла канавки на поверхности фольги. Воспроизведение производилось путем перемещения иглы по готовым канавкам по фольге.

4. Любая звуковая волна характеризуется и высотой звука. Она определяется частотой колебаний в волне. Для волны, в которой есть колебания только одной частоты, вводят понятие тона.

Если звуковая волна имеет несколько звуковых частей, то говорят о тембре. Именно тембр позволяет различать знакомые голоса от незнакомых, звучание гитары от флейты. Тембр - индивидуальная особенность сложной звуковой волны.

Можно обратить внимание учеников на таблицы 5 и 6 в учебнике (с. 70, 71). Они показывают диапазоны по частоте музыкальных инструментов и человеческого голоса.

5. Если есть много отражений звуковой волны от препятствий, наблюдается явление ревербации - увеличение длительности звуковой волны. Это явление устраняют путем увеличения поглощения волн. Для этого обивают стены и потолок материалами, поглощающими звуковые волны.

Интересным явлением является эхо. Эхо - звуковые волны, которые доходят до источника звука после отражения от препятствий.

Часто это наблюдается в горах, на опушках леса. Эхо возникает, если до нас доходят звуковые волны, отразившиеся от нескольких препятствий и разделенные интервалами времени Δtравными 50-60 мс. При этом возникает многократное эхо.

Домашнее задание

1. § 26 учебника; вопросы и задания к параграфу.

2. Желающие могут подготовить к следующему уроку сообщения о использовании инфразвука и ультразвука в промышленности, технике.

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

4. Сборник задач В. И. Лукашика, Е. В. Ивановой, № 906-909.