«Звук. Характеристики звука»

, учитель физики МОУ «СОШ № 46» Ленинского района г. Саратова.

«Звук. Характеристики звука»

Цели урока:

Предметная: познакомить учащихся с понятием «Звуковые волны», как с одним из видов механических колебаний; изучить физические характеристики звука: высота, тембр, громкость. Метапредметная: развивать познавательный интерес учащихся, логическое мышление, творческие способности, самостоятельность. Личностная: воспитывать интерес к предмету, эстетическое восприятие мира, чувство ответственности и умение работать в группе.

Планируемые результаты:

Личностные: коммуникативные умения, творчество, любознательность, умение работать с информацией, медиасредствами, физическими приборами; межличностное взаимодействие и сотрудничество; умение ставить и решать задачи. Метапредметные: овладение навыками самостоятельного приобретения новых знаний, организации учебной деятельности, постановки целей, планирования, самоконтроля и оценки результатов своей деятельности, умениями предвидеть возможные результаты своих действий. Предметные: дать ответ на вопрос, что является источником звуковых колебаний; познакомиться с основными характеристиками звуковой волны.

№	Этап урока	Деятельность учителя	Деятельность  ученика
Осуществляемые действия	Формируемые способы деятельности
Познавательная
I	Организационный этап	Создает ситуацию, вызывающую интерес учащихся к теме «Звук»	Сосредоточение на теме урока	Самостоятельное выделение познавательной цели
Коммуникативная
Планирование работы на уроке	Планирование учебного сотрудничества с учителем, одноклассниками
Регулятивная
Постановка цели	Целеполагание

ПЕСНЯ О РАЗНЫХ  ЯЗЫКАХ (Н. Никитин)

Можно выучить французский

Эфиопский и зулусский

И бывает на японском

Рассуждают иногда

Но язык медведя, зебры

Или скажем трясогузки

И отличник самый круглый не изучит никогда!

Можно выучить латинский,

Древнегреческий и финский

Кое-кто на итальянском даже песенки поёт

Но язык дождей весенних

Или скажем ветров свисты

Не освоит лет за двести самый лучший полиглот!

ПРИПЕВ:

И только тот, и только тот, кто всех добрей

Легко поймёт язык цветов, язык зверей

А всех добрей, а всех добрей на белом свете

Конечно дети, конечно дети!

В сказках многих народов говорится, что ребенок способен слышать язык птиц и зверей до тех пор, пока сам не станет говорить. Так ли это?  Постараемся найти ответ на этом уроке.

№	Этап урока	Деятельность учителя	Деятельность  ученика
Осуществляемые действия	Формируемые способы деятельности
Познавательная
II	Актуализация знаний	Организация деятельности учащихся по решению проблемы «Что такое звук?» Как рождается (источники)? Как регистрируется (слух)? Где и как  переносится от источника к регистратору? Какие ранее изученные понятия, физические величины применимы для описания звука?	Анализ проблемной ситуации, построение модели	Выдвижение гипотез, анализ объектов (моделей), установление причинно-следственных связей
Коммуникативная
Выполняют совместные действия в парах (группах)	Умение учитывать разные мнения, формулировать собственное мнение, приходить к общему решению
Регулятивная
Принимают поставленную задачу, выбирают действия в соответствии с ней	Планирование, прогнозирование

Как заставить тело звучать, не нарушая его целостности и сохраняя форму?

Ученикам предложены следующие предметы: лист бумаги, веревка, колпачок ручки. Выполняя различные действия с предметами, ученики добиваются их звучания.

Лист бумаги – колебания, поток воздуха через край;

Веревка – вращение, колебание как у струны;

Колпачок ручки - поток воздуха через край.

Сделать вывод: что является источником звука?

колебания твердых тел, колебания ограниченных объемов среды (столба газа, жидкости).

Кто слышал, что лист при колебании звучал?

Сравните ваше положение в классе от источника звука.

Какое свойство звука позволяет его услышать на разных расстояниях от источника?

Способность  двигаться от источника во все стороны. Звук-волна.

Вы слышите звуки, если вас окружает воздух? вода? …

Каким должно быть агрегатное состояние вещества, чтобы в нем двигался звук?

К какому типу волн можно следует отнести звук?

механическая продольная волна

Может ли звук двигаться в вакууме? (звонок под колоколом воздушного насоса – опыт, видеоролик, чтение параграфа).

Сформулируйте определение звука

механическая продольная волна, воспринимаемая слухом человека

Проанализируйте таблицу.  Волны какой частоты доступны для слуха человека?

  Слух – дистанционный анализатор. Он позволяет улавливать и анализировать звуки, возникающие на известном расстоянии от воспринимающего их существа. Эти сигналы должны быть важными для выживания вида. Почему слух человека из всего спектра сигналов выбирает колебания от 01.01.010 Гц? Какие ещё наземные животные обладают восприятием «похожим»  на человеческое?

Таблица 2. Границы диапазонов частот слышимого звука у животных

Систематические группы животных	Нижняя граница, Гц	Верхняя граница, Гц
гидромедузы	3	5
моллюски головоногие	30	500
моллюски брюхоногие и пластинчатожаберные	30	1000
паукообразные	20	45 000
ракообразные	0,4	7 000
насекомые	0,05	250 000
рыбы	16	30 000
амфибии	30	15 000
рептилии	20	6 000
птицы	0,1	15 000
млекопитающие, в том числе:	1	320 000
отр. рукокрылые	30	250 000
отр. насекомоядные	250	70 000
отр. грызуны	20	91 000
отр. зайцеобразные	360	42 000
отр. хищные	16	100 000
с. псовые	40	100 000
с кошачьи	45	64 000
с. куньи	16	44 000
с. енотовые	100	40 000
с. опоссумы	500	64 000
отр. хоботные	1	12 000
отр. непарнокопытные	23	35 000
отр. парнокопытные	55	33 500
отр. китообразные	10	320 000
подотр. киты зубатые	10	320 000
подотр. киты усатые	500	28 000
отр. ластоногие	150	30 000

Птицы, хоботные (слоны), непарнокопытные (лошади, зебры, куланы), парнокопытные (кабаны, жирафы, лани, лоси, бараны) – все эти животные проживают в сообществах (стаях, стадах).

  Человек использует слух не только для того, чтобы добывать пишу, не стать добычей хищников, но главным образом для коммуникации с другими людьми, для общения.

Любовь к низким звукам у крупных животных не случайна. Они лучше, чем высокие звуки, распространяются в воздушной среде и способны покрывать расстояния, на которых «обмениваются» информацией. Совершенно иной набор звуков у маленьких животных. Нет нужды далеко посылать сигналы мышам, полевкам, землеройкам. Мирок, в котором они живут, невелик, а все, что творится за его пределами, их не интересует. Беседы ведутся с помощью высокочастотных звуков до 40, а у некоторых мышей и полевок – до 100 килогерц. Использование высоких звуков дает определенные преимущества. Распространяясь лишь на незначительные расстояния, такие сигналы предназначаются только для собратьев.

Человек с возрастом изменяется.  Чем старше становится, тем хуже воспринимает звук. В среднем каждые 10 лет  верхняя граница регистрируемых сигналов снижается на 2кГц:

Таблица 3. Границы диапазонов частот слышимого звука у человека

Возраст, лет	Диапазон частот, Гц
3	20-22000
10	20-20000
20	20-18000
30	20-16000
40	20-14000
50	20-12000
60	20-10000
70	20- 8000
80	20- 6000

У ребенка шире диапазон воспринимаемых звуков, поэтому он  способен слышать язык птиц и зверей, реагировать на такие сигналы. Это шанс, который дает природа, чтобы маленький человек смог выжить и приспособиться к новым условиям.

№	Этап урока	Деятельность учителя
Осуществляемые действия	Формируемые способы деятельности
Познавательная
III	Практическая деятельность по изучению нового материала	Организация деятельности учащихся по решению проблем Какие качества звука воспринимает человек на слух? Какие характеристики колебаний влияют на восприятие звука  человеком?	Анализ объектов	Выдвижение гипотез, осуществление поиска необходимой информации, анализ объектов (моделей), установление причинно-следственных связей
Коммуникативная
Выполняют совместные действия в парах (группах)	Умение учитывать разные мнения, формулировать собственное мнение, приходить к общему решению, задавать вопросы
Регулятивная
Принимают поставленную задачу, выбирают действия в соответствии с ней	Планирование, выбор способа и результата действия, корректировать действия, преобразование практической задачи в познавательную

Какие характеристики колебаний влияют на качества восприятия звука человеком?

Проведение опытов:

раскручивание веревки, анализ звука вентилятора или фена в зависимости от режима его работы - вывод о зависимости высоты звука от частоты колебаний; Биения легкого шарика на нити о звучащий камертон или бокал – вывод о зависимости громкости звука от амплитуды колебаний.

Уровень громкости измеряют в  давлении на слуховую мембрану (Па)  или в дБ.

Проанализируйте шкалу шумов и сделайте выводы.

Таблица 4. Шкала шумов

Громкость, дБ	Характеристика	Источник звука
0	ничего не слышно
5	почти не слышно
10	почти не слышно	тихий шелест листвы
15	едва слышно	шелест листвы
20	едва слышно	шепот человека (на расстоянии 1м)
25	тихо	шепот человека (на расстоянии 1м)
30	тихо	Шепот, тиканье настенных часов, шелест бумаги Допустимый максимум по нормам для жилых помещений с 23.00 до 07.00
35	довольно слышно	приглушенный разговор
40	довольно слышно	обычная речь, зал библиотеки Норма для жилых помещений с 07.00 до 23.00
45	довольно слышно	обычный разговор
50	отчетливо слышно	разговор
55	отчетливо слышно	Верхняя норма для офисных помещений
60	шумно	шум легковой машины (на расстоянии 10м), зал большого магазина
65	шумно	громкий разговор (на расстоянии 1м)
70	шумно	громкие разговоры (на расстоянии 1м), звук пылесоса
75	шумно	крики, смех (на расстоянии 1м)
80	очень шумно	крик, мотоцикл с глушителем
85	очень шумно	громкий крик, мотоцикл с глушителем
90	очень шумно	громкие крики, грузовой железнодорожный вагон (расстояние 7м)
95	очень шумно	Вагон метро
100	Крайне шумно	симфонический оркестр, раскаты грома Максимально допустимое звуковое давление для наушников плеера
105	крайне шумно	заводской цех, звук бензопилы
110	крайне шумно	вертолет
115	крайне шумно	пескоструйный аппарат (на расстоянии 1м)
120	почти невыносимо	отбойный молоток (на расстоянии 1м)
125	почти невыносимо	Пушечный выстрел, гром над головой
130	болевой порог	самолет на старте
135	контузия
140	контузия	звук взлетающего реактивного самолета
145	контузия	старт ракеты
При уровнях звука свыше 160 децибел - возможен разрыв барабанных перепонок и лёгких, больше 200 - смерть

По таблицам укажите звуковые сигналы  комфортные для человека; вызывающие болезненные ощущения; предложите меры защиты от шума.

  В случае отсутствия на стенах помещений звукопоглощающих материалов (ковров, специальных покрытий), звук будет громче из-за многократного отражения (реверберации, то есть - эха от стен, потолка и мебели), что увеличит уровень шума на несколько децибел.

Нередко после воздействия громких звуков высокой интенсивности у человека резко снижается слуховая чувствительность. Восстановление обычных порогов может продолжаться до 16 часов. Этот процесс называется «временный сдвиг порога слуховой чувствительности» или «постстимульное утомление». Сдвиг порога начинает появляться при уровне звукового давления выше 75 дБ и соответственно увеличивается при повышении уровня сигнала. Причём наибольшее влияние на сдвиг порога чувствительности оказывают высокочастотные составляющие сигнала.

  В цехах, вследствие непрерывного воздействия на слух людей интенсивного шума на производстве возникает профессиональная глухота или резкая потеря слуха. В начальной стадии заболевания отмечается звон или шум в ушах, постепенно уменьшается чувствительность к высоким частотам. В дальнейшем потеря слуха распространяется и на более низкие частоты – частоты речевого диапазона. Исследования показывают, что звук низкой частоты является менее вредным для здоровья, чем звук высокой частоты той же интенсивности.

Средства индивидуальной защиты позволяют снизить уровень воспринимаемого звука на (10-40) дБ, причем наиболее значительное глушение шума наблюдается в области высоких частот, которые наиболее опасны для человека.

Абсолютная тишина тоже является некомфортным тревожным состоянием, т. к. в природе птицы смолкают, если чувствуют приближение опасности.

  Рассмотрите диаграмму восприятия звука человеком. Сигналы какой частоты  на слух воспринимаются даже при очень слабых (тихих) воздействиях?  Почему?

  При одинаковых амплитудах как более громкие человек воспринимает звуки частотой 1000-5000Гц. 

  Как показывает современная звукозаписывающая аппаратура, такие звуки (визг, крики) издают младенцы, когда испытывают дискомфорт. (http://www. reklamofon. ru/articles/323/ Исследования звука  голоса человека). В ходе естественного отбора выжили те люди, которые смогли услышать зов о помощи и спасти свое потомство.

  Создавая  сигналы оповещения, человек пользуется этой закономерностью восприятия звука. Сирена сигнализации, будильник работают на тех же частотах. Человек их слышит  и в состоянии сна.

Кроме высоты и громкости звуков человек  может опознавать голоса разных людей, музыкальных инструментов, т. е. различает окраску звучания – тембр.

шумы – непериодические сигналы (частота не определяется);

чистый тон – гармоническое колебание одной частоты (камертон);

голос – сложный сигнал, спектр его содержит несколько частот.

Основной тон – самая низкая частота в спектре сложного звука, определяет его высоту.

Обертоны – остальные частоты в спектре сложного звука, определяют его отличительные свойства (специфику и богатство звучания). Зависят  от строения источника звука.

Горло человека способно  издавать  шумы (согласные звуки), меняя напряжение голосовых связок. В результате этого воздушный поток, поступающий из легких по относительно широкому проходу, в месте сужения создает вихревые потоки, вызывающие специфический шум, который мы слышим при образовании таких согласных, как с, ш, х.
  Импульсный источник вызывает звук при образовании таких согласных, как п, т, к, когда происходит  резкое прерывание воздушной струи, создается избыточное воздушное давление за местом смыкания.

  Тоновый диапазон голоса (гласные звуки) зависит от частоты колебаний голосовых связок. Поэтому его называют также частотным. Чаще всего частота голоса человека колеблется в пределах от 01.01.01 Гц. Но его можно расширить с помощью специальных вокальных упражнений.

Разговорный диапазон голоса составляет всего лишь 1/10 часть его общего диапазона.

Частота основного тона взрослого мужчины (нижний тон натурального звукоряда) колеблется в диапазоне 85-155 Гц, взрослой женщины от 165 до 255 Гц. Диапазон частоты разговорного детского голоса – от 170 до 600 Гц. Во время пения частотный диапазон значительно шире разговорного. Крайне низкие тоны некоторых басовых голосов имеют частоту 50-60 Гц. Самый низкий тон, который может взять человеческий голос, - «фа» контроктавы с частотой 43,2 герца. А самый высокий тон – «фа» третьей октавы (1354 герца). Но некоторые всемирно известные оперные певицы достигали тонов 2069 Гц и даже 2300 Гц.

  Голосовые связки – уникальный инструмент человека. При простудных заболеваниях, курении, когда они воспаляются (меняется их толщина, появляются микротрещины), чистота голоса нарушается. Голос «садится», становится ниже, содержит большее количество шумов (как треснутый стакан не может дать чистый звук). Для  певцов, гидов, преподавателей, актеров это грозит профессиональной непригодностью.

  Запись спектра голоса каждого человека уникальна как отпечаток пальцев. В случае ложных сообщений о теракте эта запись поможет точно идентифицировать человека.

  Звуки  различных музыкальных инструментов  по отдельности и в сочетании оказывают влияние на эмоциональное состояние животных и в том числе на человека. Достаточно вспомнить заклинателей змей, пастухов, управляющих стадом с помощью флейты (свирели, дудки). Сохранилась легенда о гамельнском крысолове, которую в литературных произведениях использовали братья Гримм, Сельма Лагерлеф, Марина Цветаева и т. д. В  русских сказках звуки волшебных гуслей заставляют пускаться в пляс даже тех, кто этого не хочет. Ритмы барабанов использовались для введения воинов в состояния близкое к гипнотическому, понижая чувствительность к боли.

  Современная клубная музыка вызывает возбужденной состояние,  агрессивное поведение. Поэтому вам стоит быть внимательными и осторожными, если на каких-либо семинарах или неофициальных встречах звучит неординарная музыка.

  Звуки находят реальный отклик в нашем мозгу и пытаются подстроиться под естественные биоритмы конкретного человека. Если связь установлена – это благоприятно отразиться на состоянии. Однако если будет замечен дисбаланс, то это и является агрессивным раздражителем психического сознания человека. Поэтому будьте предельно внимательны к тому, что вы слушаете.

№	Этап урока	Деятельность учителя	Деятельность  ученика
Осуществляемые действия	Формируемые способы деятельности
Познавательная
IV	Проверка и закрепление освоенного	Организация деятельности учащихся по решению качественных задач. Проведение теста.	Ответы на вопросы учителя, решение качественных и расчетных задач	Логический анализ объекта с целью выделения признаков, выбор эффективных способов решения
Коммуникативная
Совместный ответ на вопросы, запись формул, обсуждение способов решения, взаимопомощь	Планирование учебного сотрудничества с разными группами; контроль, коррекция, оценка своих действий и действий партнеров, умение выражать мысли.
Регулятивная
выбирают действия в соответствии с поставленной задачей, составление плана и способа решения	Преобразование практической задачи в познавательную, осуществлять итоговый и пошаговый контроль по результату

При полете большинство насекомых издают звуки. Чем вызваны эти звуки? Какое насекомое чаще машет крыльями в полете: шмель, комар или муха? Почему? Известно, что чем туже натянута струна на гитаре, тем более высокий звук она издает. Как изменится высота звучания гитарных струн при значительном повышении температуры окружающего воздуха? Во время стоянки поезда исправность колес вагонов проверяют по звуку. Как это делают? Во время дождя капли барабанят по крыше дома. Чем будут различаться возникающие при этом звуки во время крупного, сильного и мелкого, моросящего дождя? Почему при выстреле из ружья пуля вылетает со свистом, а брошенная рукой летит бесшумно? Как пограничник может дать команду собаке, чтобы нарушитель, находящийся рядом, его не услышал? Можно ли сыграть мелодию на одной струне?

№	Этап урока	Деятельность учителя	Деятельность  ученика
Осуществляемые действия	Формируемые способы деятельности
Познавательная
V	Рефлексия	Организация рефлексии	Объединяет все полученные на уроке знания, подводит итоги	Осуществление сравнения, синтеза, самостоятельно достраивая и восполняя недостающие компоненты
Коммуникативная
Рассказ о полученных результатах	Умение выжать свои мысли, оценивать, осуществлять самооценку учебной деятельности
Регулятивная
Соотносят цель и результат, степень их соответствия	Адекватно воспринимать предложения и оценку учителей, одноклассников, вносить необходимые коррективы в действия после его завершения.

Синквейн

Звук Продольная механическая волна Образуется, передается, воспринимается Высота звука Громкость звука Тембр

№	Этап урока	Деятельность учителя	Деятельность  ученика
Осуществляемые действия	Формируемые способы деятельности
Познавательная
II	Домашнее задание. Завершение урока	Формулирует домашнее задание, комментирует требования к его выполнению, знакомит с критериями оценки	Анализ объектов	Осуществляет запись (фиксацию) информации, использует знако-символические средства
Коммуникативная
Задают вопросы	Использование речи для регуляции своего действия
Регулятивная
Принимают и сохраняют поставленную задачу	Самостоятельно учитывают выделенные учителем ориентиры действия

§ 34-36 упр. 29

Для желающих:

  2. Подготовить презентацию (сообщение) по теме

«Звук в литературных произведениях» «Влияние ультразвука (инфразвука) на человека» «Шум и методы борьбы с ним» «Уникальные музыкальные инструменты»

Используемые источники:

https://ru. wikipedia. org

http://encyclopaedia. biga. ru/enc/medicine/SLUH. html

https:///preview/4583047/page:3/

http://biofile. ru/bio/9162.html

http://www. bassclub. ru

https://science-education. ru/ru/article/view? id=5294

http://ency. info/materiya-i-dvigenie/akustika/343-golos-cheloveka

http://www. reklamofon. ru/articles/323/

http://www. global-svet. ru/voice/1.html

http://aver. ru/all/gromkost-zvuka-uroven-shuma/

http:///3456-pamyatka_muzykantu_chastoty. html

http://www. activestudy. info/osobennosti-sluxa-u-nazemnyx-zhivotnyx/

http://soundtimes. ru/simfonicheskaya-muzyka/putevoditel-po-instrumentam/flejta

http://smallsound. ru