Урок — устный журнал на тему "Звуковые явления"
Цели урока: 1) в нестандартной игровой форме выявить уровень усвоения материала; 2) показать на примерах и демонстрациях значение колебательных процессов; 3) связать "физику" и "лирику"; 4) научить школьников анализировать изучаемое и прочитанное; 5) развивать интерес к науке и умение работать с научно-популярной литературой.
Оформление кабинета. На доске по диагонали нарисован нотный стан, на его фоне — саксофон и микрофон; написана тема урока; приколоты рисунки, иллюстрирующие сообщения. На демонстрационном столе расположены магнитофон с микрофоном, осциллограф, звуковой генератор с динамиком, два камертона, семь молочных бутылок, заполненные до разного уровня подкрашенной водой, ультразвуковой генератор, кодоскоп.
Подготовительная работа. За две недели до урока выбираем редколлегию устного журнала и вопросы, которые будут рассматриваться на его страницах. Проводим распределение ролей: выбираем журналистов (они подбирают литературу и выступают с сообщениями), техников (они готовят эксперимент и демонстрируют его на уроке), звукооформителей (они подбирают музыкальные "картинки" к сообщениям), художников-оформителей (они рисуют плакаты и делают слайды к некоторым страницам журнала), члена-корреспондента академии наук, который будет вести устный журнал, и главного редактора (им обычно бывает учитель).
Задания остальным учащимся: 1) прослушать каждое сообщение и выделить главное. Определить общие свойства разных механических колебаний и волн, отметить особенности звуковых явлений. 2) Выделить примеры практического использования звуковых явлений и расклассифицировать их: звуковые колебания в быту, в природе, технике, искусстве. 3) Оформить результаты своей работы в тетради в произвольной форме.
Ход урока
(Звучит мелодия — фрагмент из произведения П.Мориа "Воздушная кукуруза".)
Ведущий. Мир, окружающий нас, наполнен различными звуками: человеческой речью, шумом проезжающего транспорта, шелестом листьев, пением птиц ... Очень давно люди научились находить приятные сочетания звуков и на их основе создавать музыкальные мелодии. Чарующее действие музыки породило много легенд; в них звукам часто приписывались волшебные свойства: музыка якобы может усмирить зверя, сдвинуть с места скалы, удержать потоки воды. Уже в глубокой древности люди научились создавать музыкальные инструменты, издающие ласкающие слух звуки, и заложили основы науки о звуках — акустики.
Что же такое звук? Звук — это волны определенной частоты, распространяющиеся в упругих средах и воспринимаемые ухом человека и животного. Человек воспринимает колебания с частотой от 16 Гц до 20 кГц. Вибратором, т.е. источником звука, всегда бывают колеблющиеся тела: струна, камертон, столб воздуха в духовых инструментах и т.п. Проводником звука может быть любая упругая среда.
(Один из журналистов делает сообщение о колеблющихся телах — источниках звука и о видах звукопроводящих сред)
• (Звучит шум моря, слышен плеск волн; включается звукозапись.)
Ведущий. Открываем следующую страничку нашего журнала. Слово имеет автор "Колонки главного редактора".
Главный редактор.
Море наклонилось
В сторону прибрежья.
В глубине пробрезжил
Рыжий отсвет ила ...
Из волны передней
Вырезалась пена,
И волна упала,
Преклонив колено
Перед кромкой суши.
Это стихи Новеллы Матвеевой. Чуткий и наблюдательный поэт, она очень точно описала процесс преобразования поверхностной морской волны вблизи берега. Но почему волна переламывается и "преклоняет колено"?
Упрощенно это можно объяснить так. Скорость морской волны зависит от глубины: чем меньше глубина, тем медленнее движутся частицы воды. Вблизи дна они почти останавливаются, а для частиц на "вершине" волны (где глубина большая) скорость прежняя — значительная. Вот и получается: "вершина" волны обгоняет ее "подошву". От этого волновой гребень все больше заостряется и перегибается вперед; наконец, волна теряет опору и обрушивается.
Ведущий. Мы знаем, что все волновые явления имеют много общего. Но есть и различия. Углубимся в эту проблему.
(Следует сообщение о видах волн и колебаний; его делает второй журналист.)
• (Звучит рев мотора самолета; включается соответствующая звукозапись.)
Ведущий. Когда сверхзвуковой самолет или ракета преодолевают звуковой барьер, раздается взрыв. Почему?
Третий журналист . Звуковая волна — это чередование в пространстве и во времени сгущений и разрежений среды.
Звуковая волна от гармонически колеблющегося тела (чистый музыкальный звук) выглядит как синусоида (демонстрируется запись с помощью осциллографа колебаний звучащего камертона). Но многие среды имеют такие свойства, что в них не все участки волны распространяются с одинаковой скоростью: там, где в звуковой волне сгущения, к скорости звука добавляется скорость частиц среды в этой точке. Кроме того, скорость звука зависит от температурь!) Все это приводит к тому, что верхушки "правильных" синусоидальных волн обгоняют их нижние части. Происходит почти то же самое, что и с морской волной: акустическая волна заостряется, но не опрокидывается, а превращается в "пилу". Такие изменения происходят с волнами, соответствующими очень громкой музыке.
Звуковым волнам умеренной интенсивности от гармонически колеблющихся тел удается сохранить свою синусоидальную форму (демонстрируются фрагменты музыкальных произведений, записанных на магнитофонную ленту, и их осциллограммы).
• Ведущий. Следующая страничка нашего журнала называется "Немного истории".
(На этой страничке "короткой строкой" приводятся примеры того, как люди необычным способом могут слышать музыку. Вот один из них: великий композитор Л.Бетховен, когда потерял слух, воспринимал звуки рояля, приставив к нему одним концом трость, другой ее конец он держал в зубах; проводником звука было дерево.)
• Ведущий. На очереди журнальная страничка "Удивительное рядом".
(Вначале один из журналистов рассказывает о физических объективных характеристиках звука — его частоте, амплитуде, спектральном составе, и субъективных — высоте, громкости, тембре. Затем следующий журналист приводит занимательные примеры, характеризующие разные звуки, например наивысшие и наинизшие частоты, (даваемые человеческим голосом).
•Ведущий. А теперь страничка "Узнай свои возможности".
(Демонстрируются с помощью звукового генератора и динамика порог слышимости и порог болевых ощущений от звука. Желающие проходят исследование и определяют эти — свои личные — параметры.)
• Ведущий. Переворачиваем листы журнала, и перед нами страничка "Знаете ли вы, что...?".
(Выступающий в ней журналист рассказывает об акустическом резонансе. Техники демонстрируют его с помощью: а) двух камертонов; б) молочных бутылок, по разному заполненных подкрашенной водой.
Далее исполняется простая мелодия, например "В траве сидел кузнечик". Следует сообщение о реверберации звука, а затем — об эффекте Доплера. Техники демонстрируют его, используя звуковой генератор и качающийся динамик.)
• Ведущий. Представляю вам страничку "Неизвестное об известном".
(Это — рассказ об эхо. Техники демонстрируют это явление, а потом воспроизводят эффект, похожий на эхо: если говорить в микрофон, подключенный для записи к магнитофону, и тут же воспроизводить запись, то в громкоговорителе голос будет звучать чуть позднее, имитируя эхо.)
• Ведущий. Знакомьтесь: страничка "Физика — технике".
(На этой страничке вначале — сообщение об ультразвуке и его применении; техники показывают работу ультразвукового генератора и свойства ультразвука.)
Далее — рассказ об инфразвуке под названием "Голос моря".)
• Ведущий. А теперь послушайте новости со странички «Это интересно".
(Следует череда кратких сообщений о звуках и ультразвуках, испускаемых разными животными.)
• В заключение ведущий представляет и благодарит за работу всю редколлегию журнала. Учитель подводит итоги.
Домашнее задание: оформить записи, дополнив их новыми "своими" сведениями.
Литература
Брэгг У. Мир света. Мир звука. М.: Наука, 1967. С. 236-256.
Кудрявцев Б.Б. Неслышимые звуки. М.: Мол. гвардия, 1957.
Элементарный учебник физики / Под ред. Г.С.Ландсберга. М.: Наука, 1986. Т. 3. С. 49-56.
Ланина И.Я. Не уроком единым. М.: Просвещение, 1994. С. 123-133.
Перельман Я.И. Занимательная физика. М.: Наука, 1991. С. 205-207,457-458,460-461, 465-467.
Ракин А. Волны большие и малые. М.: Дет. лит., 1985. С. 30-45.
Тарасов Л.В. Физика в природе. М.: Просвещение, 1988. С. 175-195.
Физика в школе. 1994. № 3. С. 39.
Юный техник. 1988. № 1. Статья "Портрет волны ...".
Музыкальное оформление
Воздушная кукуруза. — Исполняет оркестр п/у Поля Мориа (звучание 0,3 мин).
Шум моря // Звуковой журнал "Кругозор". 1988 (0,28 мин).
Рев мотора. — Исполняет группа "Пинк Флойд" (0,2 мин).
Вальс Е. Доги из к/ф "Мой ласковый и нежный зверь" (0,3 мин).
Фрагмент из органного концерта № 1 И.Баха (0,3 мин).
Любовь нельзя купить. — Исполняет квартет "Битлз" (0,3 мин)
