Опрос 15 мин

3. Объяснение 15 мин

4. Закрепление 5 мин

5. Задание на дом 2-3 мин

 

II. Опрос фундаментальный: Дифракция волн.

Задачи:

1. Гибкая металлическая пластинка слегка прижата к зубцам зубчатого колеса, которое вращается равномерно, делая 600 оборотов в минуту. Если колесо имеет 50 зубцов, то какова частота и длина звуковой волны?

2. По водопроводной трубе течет вода со скоростью 10 м/с. Каким будет давление на кран, если его мгновенно закрыть?

3. Воду, текущую по водопроводной трубе со скоростью 2 м/с, быстро перекрывают жёсткой заслонкой. Определите силу, действующую на заслонку при остановке воды, если скорость звука в воде 1,4 км/с. Сечение трубы 5 см².

 

Вопросы:

1. Может ли пульсовая волна служить примером распространения продольной волны в жидкости?

2. Почему водопроводный кран устраивают завинчивающимся краном, а не поворотным, как в самоваре?

3. Почему суда (танкеры), предназначенные для перевозки нефти, разделены перегородками на отдельные отсеки-танки?

4. Морские волны цунами, приближаясь к берегу, увеличивают высоту, достигая иногда 43 м. Почему это происходит?

5. Почему на пляжах волны всегда бьют о берег параллельно ему, откуда бы ни дул ветер?

6. Почему “капля камень точит”? Какие капли, большие или маленькие, быстрее точат камень?

7. Пневматические пушки для проверки самолета на прочность в случае столкновения самолета с птицей, заряжают тушками курицы. Интересно, замороженная или не замороженная курица создаст большее давление?

8. Если пластиковую бутылку, заполненную водой, уронить с некоторой высоты, то тонкая струйка воды взлетит до потолка. Почему? Так "работает" кумулятивный снаряд!

9. Почему ветровые волны разрушают берег, уничтожая заливы, бухты, мысы и полуострова?

 

III. Звуковая волна - колебательное движение частиц упругой среды, распространяющееся в виде волн в газообразной, жидкой или твердой средах.

Звук - ощущение, возникающее при воздействии звуковой волны на рецепторы внутреннего уха.

Источники звука - любые колеблющиеся объекты, вызывающие местное изменение давления или механического напряжения. Пример и демонстрация с колебаниями зажатой в тисы стальной линейкой.

Примеры других источников звука: камертон, струна, динамик. Свисток, сирена, голосовые связки. 10-летним ребенком Б. Паскаль (1623 – 1662) правильно объяснил причину звучания тарелки.

Колебания диффузора динамика можно продемонстрировать с помощью маленького зеркальца, положенного на динамик, которое освещается лучом лазера.

Приемники звука: микрофон (демонстрация), ухо.

Акустика (от греч. aκustiκos – способность слышать) - область физики, исследующая упругие колебания и волны, их взаимодействие с веществом и применения.

Отец Вовочки на родительском собрании:

— Ну что ж поделаешь, Вовочке в одно ухо влетело, в другое вылетело...

Учитель физики со своего места:

— Ошибаетесь, звук в вакууме не распространяется..

Осциллографирование звука. Гармонический характер колебаний мембраны микрофона (демонстрация с камертоном). Музыкальный звук характеризуют три физических параметра: высота, громкость, тембр. Зависимость высоты тона от частоты колебаний источника звука. Скорость звука: υ = λ ν.

Зависимость скорости распространения звука в воздухе от температуры: υ = (331 +0,6t) м/с. Можно ли обогнать звук?

Громкость звука. Зависимость громкости звука от амплитуды звуковой волны (демонстрация со звуковым генератором). Громкость звука измеряют в децибелах (дБ).

 

(дБ), где I₀ = 1·10^-12 Вт/м² – порог звукового ощущения;

I = I₀, β = 0 – порог слышимости.

I = 1·10^-2 Вт/м², β = 100 дБ – порог болевого ощущения. Примеры.

Вывод: Высота звука определяется частотой звуковой волны, а громкость – амплитудой.

Музыкальные звуки и шумы. Осциллограммы человеческого голоса. Тембр.

Если звук состоит из многих волновых составляющих, то информацию получают множество рецепторов (разложение Фурье), все выходные сигналы которых передаются в мозг. Богатство слуховой информации определяется способностью мозга анализировать такие комбинации звуков.

Частотный диапазон человеческого слуха (20 – 20000 Гц). Так, самые высокие ноты, до которых “добираются” современные певцы, соответствует частотам около 2350 Гц, а рекорд в области низких частот 44 Гц.

Ультразвук и инфразвук. Собаки слышат до 40 кГц, обыкновенные мыши – до 90 кГц, дельфины и летучие мыши – свыше 100 кГц.

Профессии ультразвука:

- дефектоскопия;

- визуализация изображений;

- охранные системы;

- очищение питьевой воды;

- изготовление гомогенных растворов и эмульсий из различных продуктов;

- дробление почечных камней.

Спектр – совокупность значений, которые может принимать данная величина. Непрерывный (на примере механических величин ) и дискретный спектр. Спектр звука.

IV. Вопросы:

1. Потому при выстреле из ружья слышен звук?

2. При полете большинство насекомых издают звук. Чем он вызывается?

3. У комара или шмеля крылышки колеблются с большей частотой?

4. Что услышали бы мы, удаляясь от оркестра со скоростью звука?

5. Высота звука циркулярной пилы понижается, когда к пиле прижимают доску. Почему?

6. Когда грызешь сухарики, то кажется, что производишь громкий звук. Почему?

7. Почему в морозный день снег скрипит под ногами? От чего зависит громкость и высота этого звука?

8. Каковы причины шума, возникающего при выстреле из пистолета, и какова роль глушителя?

9. Почему вызов сотового телефона в виброрежиме оказывается зачастую достаточно громким и слышен на значительном удалении?

V.

§§ 60,61 Упр. 35

1. Пластиковую бутылку объемом 2 л доверху наполнили водой и “нечаянно” уронили на пол с высоты 1 м. На какую максимальную высоту взлетит струя брызг и почему? С какой максимальной высоты должна упасть бутылка, чтобы разорваться?

2. Предложите проект двигателя, использующего энергию падающих капель

Объясните приметы:

1. Если песня сверчка режет уши - к дождю.

2. Если в поле далеко раздается голос, то будет дождь.

3. Вертикальная струя воды падает на горизонтальную поверхность. На некотором расстоянии от точки падения возникает "водный гребень". Исследуйте и объясните явление.

4. Предложите способы измерения скорости звука.

5. Предложите как можно больше различных способов для измерения частоты колебаний крыльев комара.

"Я видел озеро, стоящее отвесно";

0. Мандельштам

Урок 90/13. СВОЙСТВА ЗВУКОВЫХ ВОЛН

 

ЦЕЛЬ УРОКА: Развить представления учащихся о звуковых волнах, обобщить тем самым знания о волновых явлениях.

ТИП УРОКА: Комбинированный.

ОБОРУДОВАНИЕ: генератор звуковой, громкоговоритель 2 шт., амперметр демонстрационный, микрофон, экраны металлические от ПСР.

 

ПЛАН УРОКА:

1. Вступительная часть 1-2 мин

2. Опрос 15 мин

3. Объяснение 15 мин

4. Закрепление 5 мин

5. Задание на дом 2-3 мин

 

II. Опрос фундаментальный:

1. Звуковые волны.

2. Громкость и высота звука.

Задачи:

1. Органный тон (λ = 0,71 м) звучит в течение 1 с. Сколько полных колебаний происходит за это время?

2. Автомобиль, движущийся прямолинейно со скоростью υ, издает гудок на протяжении пути L. Какой длительности звуковой сигнал услышит стоящий на пути автомобиля наблюдатель, если скорость звука в воздухе равна с?

3. Два гоночных автомобиля мчатся навстречу друг другу с одинаковой скоростью. Один из водителей начинает подавать звуковые сигналы длительностью , при этом другой водитель определил их длительность . С какой скоростью едут автомобили?

4. Пуля пролетела со скоростью в два раза большей скорости звука на расстоянии 5 м от человека. Где находилась пуля, когда человек услышал ее звук?

5. Если бы человеческий глаз мог воспринимать сигнал той же интенсивности, что и ухо, то с какого расстояния мы могли бы видеть свет 100-ваттной лампочки. Не забывайте, что КПД лампочки накаливания всего 4%.

Вопросы:

Если лодка плывет навстречу бегущей волне, то волны бьют о форштевень чаще, чем, если она плывет в обратном направлении. Почему?

Почему звук получается более громким, если стучать не в стену, а в дверь?

Через каждую секунду происходит один удар колокола. На какое расстояние нужно отойти от него, чтобы видимые и слышимые удары совпадали?

Почему звук, возбуждаемый струей воды в неисправном кране, слышен во всех квартирах, связанных одним водопроводным стояком?

Если педалью освободить струны рояля и громко пропеть несколько нот, то можно услышать "отклики". Как это объяснить?

Почему неполный чайник “шумит”?

Если ударить молотком по одному концу длиной металлической трубы, то стоящий у другого конца услышит двойной удар. Почему?

Почему скрипят двери, половицы, обувь, школьная доска, если по ней провести твердым мелом?

Почему при стрельбе пуля вылетает из ружья со свистом, а брошенная рукой летит бесшумно?

"Мошкара гудит на "фа-диез", пчелы на "си", жуки на "ре", шмели на "до"." Н.А. Римский-Корсаков. Какое значение в жизни насекомых имеют различия в звуках?

Если кошка будет бежать со скоростью звука, то услышит ли она звук пустой консервной банки, привязанной к ее хвосту?

 

III. Свойства звука:

· Отражение звуковых волн (демонстрация). Эхо. В замке Byдсток, в Англии, эхо отчетливо повторяет 17 слогов, а в замке близ Милана громко сказанное слово повторяется эхом 30 раз.

· Преломление звуковых волн. Почему не слышны звуки, возбуждаемые обитателями подводного мира? Однако, если опустить в воду весло и приложить к нему ухо, то эти звуки можно услышать. Почему?

· Стоячие звуковые волны (демонстрация и определение длины звуковой волны). На две подставки кладут металлическую трубу, вдоль которой просверлены отверстия, а торцы затянуты резиновой пленкой. Трубу заполняют пропаном и поджигают его. К мембране подносят динамик, подключенный к ЗГ, и, меняя частоту, получают резкую длину языков пламени. Почему?

· Интерференция звуковых волн (демонстрация с двумя динамиками на частотах 1000 - 1500 Гц).

· Дифракция звуковых волн (демонстрация на частоте 2000 Гц). Почему дверь, лишь чуть приоткрытая в шумный коридор, практически не уменьшает шума?

Инфразвуковые волны очень слабо затухают в атмосфере, океане и земной коре. Так, мощное низкочастотное возмущение, вызванное извержением в 1883 году индонезийского вулкана Кракатау, обежало земной шар дважды.

· Независимость распространения звуковых волн.

· Эффект Доплера: Т₀ = λ₀/с - период колебаний при неподвижном источнике звука, λ = λ₀ – VТ₀ – длина волны, воспринимаемая неподвижным наблюдателем, если источник звука движется навстречу приемнику со скоростью .

Демонстрация с динамиком на нити, подключенным к звуковому генератору.

Вопрос: Когда мимо вас на большой скорости проносится настоящий байкер, то звук мотора мотоцикла меняется тон от высокого тона до низкого тона. Почему?

8. Звуковой резонанс (демонстрация со звуковым генератором и камертоном).

 

Применения звука. Одно из, например, многочисленных применений ультразвука в медицине основано на возможности его концентрации на чрезвычайно ограниченных участках ткани без влияния на весь остальной организм.

Взрывная волна – это ударная волна, вызванная взрывом. Если избыточное давление во взрывной волне больше 0,1 атм, то она производит сильные разрушения, если избыточное давление больше 0,01 атм, то волна производит небольшие повреждения (разрушение оконных стекол). Почему вдоль направления ветра взрывная волна производит большие разрушения?

 

IV. Задачи:

Ультразвуковой сигнал, посланный кораблем вертикально вниз, возвратился через 8 с. Определите глубину моря. Скорость звука в воде 1450 м/с.

Определите длину звуковой волны в воде, если ее длина в воздухе равна 0,797 м. Скорость звука в воздухе принять равной 343 м/с, в воде 1483 м/с.

По поверхности озера бегут волны со скоростью 2 м/с. Моторная лодка движется навстречу волнам со скоростью 5 м/с. С какой частотой бьются волны о нос лодки, если поплавок на поверхности воды колеблется с частотой 0,5 Гц?

Лишенная слуха и зрения летучая мышь мечется в воздухе со скоростью 1 м/с, широко открыв рот. Площадь ее ротового отверстия 10 мм², концентрация комаров в воздухе 10 м^-3. Сколько времени в среднем нужно, чтобы мышь поймала одного комара?

На автомобиле, имеющем специальное устройство, определяют с помощью звукового сигнала расстояние до поста ГИБДД. Какое расстояние было до поста в момент испускания звукового сигнала, если после отражения от будки его приняли на автомобиле через 12 с? Скорость звука 325 м/с, скорость автомобиля 90 км/ч.

Вверх по узкой неизвестной реке уходит катер с экспедицией. Каждый час штурман опускает в реку пластиковый баллон с донесением до базового лагеря. С какой частотой будут принимать донесение на базе, если скорость катера относительно берега постоянна и равна 20 км/ч, а скорость течения 1 м/с?

Вопросы:

Можно ли услышать свой голос издалека?

Почему в комнате обычных размеров не бывает эха?

В воду погружен вибратор, мембрана которого создает музыкальные звуки. Будет ли находящийся под водой пловец слышать мелодию такой же, как слышал бы ее в воздухе?

Если источник звука поместить посредине движущейся платформы, а два приемника на ее концах, то частоты принимаемых сигналов будут отличаться друг от друга. Почему?

Что вы вообще знаете о звуковых волнах?

Известно, что дерево проводит звук лучше, чем воздух. Отчего же разговор, происходящий в соседней комнате, заглушается, когда деревянная дверь в эту комнату закрыта?

Мощные ветра циклона порождают инфразвук, который можно зафиксировать на расстоянии нескольких тысяч километров. Почему?

Всегда ли справедливо выражение: “Как аукнется, так и откликнет­ся” т.е. всегда ли отраженный звук имеет ту же высоту того, что и падающий?

Почему звучит скрипка?

Почему при проверке колес вагонов во время стоянки поезда их обстукивают молотком?

Почему качество записи звука снижается по мере приближения зву­ковой канавки к центру грампластинки?

Когда к ножке одного из двух настроенных в резонанс камертонов прикрепили кусочек воска, камертоны оказались расстроены. Как это объясняется?

Почему происходит резкое понижение тона гудка автомобиля, когда он проехал мимо и удаляется от вас?

Если рядом с волновой ванной поставить громкоговоритель, подключенный к звуковому генератору (5 – 10 кГц), то в ванне возникает картина стоячих волн. Почему? Почему картина изменяется, если поднести руку?

 

V. § 62 Упр. 36

Изготовьте модель рупора (звукоснимателя), продемонстрируйте его работу и объясните принцип действия.

Если вы подуете около отверстия ключа, получится звук определенной частоты. Попробуйте оценить эту частоту.

Подставьте, пустую бутылку под тонкую струю воды из-под крана. Какой звук вы услышите? Как и почему меняется его тон по мере заполнения бутылки?

 

 

"Ум, которому были бы известны для какого-либо данного момента все силы, одушевляющие природу, и относительное положение всех ее составных частей, если бы вдобавок он оказался достаточно обширным, чтобы подчинить эти данные анализу, обнял бы в одной формуле

движение вели­чайших тел Вселенной наравне с движением легчайших ато­мов, не оставалось бы ничего, что было бы для него недостоверно, и будущее так же, как и прошедшее, предстало бы перед его взором";.

Лаплас

Урок 93/14. ОБОБЩАЮЩИЙ УРОК ПО КЛАССИЧЕСКОЙ МЕХАНИКЕ

 

ЦЕЛЬ УРОКА: Систематизировать и обобщить знания учащихся по механике Ньютона.

ТИП УРОКА: Обобщающее повторение.

ОБОРУДОВАНИЕ: Обобщающая таблица "Классическая механика", зачетные папки.

ПЛАН УРОКА: