Звуковые волны. Высота, тембр, громкость звука - Механические волны - Колебания и волны

Цель: сформировать понятие звуковой волны.

Ход урока

I. Организационный момент

II. Повторение материала

- Какая волна называется стоячей?

- Объясните процесс образования стоячей волны?

- Сформулируйте определение кучностей и узлов стоячей волны.

- Что такое первая гармоника собственных колебаний в струне и обертоны?

III. Изучение нового материала

Эксперимент № 1

Возьмите крепкую бечевку (60 см) и привяжите к ней в середине металлическую ложку. Концы бечевки привяжите к указательным пальцам. Оба конца должны иметь одинаковую длину. Заткните уши пальцами. Наклонитесь вперед, чтобы ложка свободно повисла и столкнулась с краем стола. Послышится звук, напоминающий звон. Почему?

Ответ: Ударяясь о стол, металл начинает колебаться. Эти колебания по бечевке передаются ушам. Мы слышим, потому что наши уши воспринимают различные колебания. Чтобы издавать звук предмет должен колебаться. Колебания от него передаются воздуху и распространяются в нем. Колеблющиеся молекулы воздуха ударяются о барабанную перепонку, из-за этого она тоже колеблется. Эти колебания идут дальше через костную ткань и жидкость в ухе, пока не доходят до слухового нерва, который посылает сигнал в мозг.

Эксперимент № 2

В колокол помещают электрический звонок и включают. Слышен звук. Начинают выкачивать воздух, по мере разрежения воздуха громкость становится меньше, пока звук становится совсем не слышен. Почему?

Ответ: Отсутствует среда, в которой распространяются колебания?

Вывод: Звук может распространяться в газах, жидкостях и твердых телах.

Звук обусловлен механическими колебаниями в упругой среде и телах (твердых, жидких и газообразных), частоты которых лежат в диапазоне от 16 Гц до 20 Гц и которые способно воспринимать человеческое ухо.

Раздел физики, изучающий звук - акустика. Любое тело (твердое, жидкое или газообразное), колеблющееся со звуковой частотой, создает в окружающей среде звук.

Эксперимент № 3

Перемешивание воды из одного сосуда в другой. Удар молотка по наковальне.

Чаще всего звуковые волны достигают наших ушей по воздуху. Но звук распространяется в воде и твердых телах. Нырнув с головой во время купания, можно услышать звук от удара двух камней, производимого на большом расстоянии. Хорошо проводит звук земля.

Звуковая волна представляет собой последовательность сжатий и разряжений упругой среды, распространяющихся с определенной скоростью. Волна эта - продольная.

Сжатие и разряжение воздуха вызывает колебания давления относительно среднего атмосферного давления р₀.

Громкости звука соответствует изменение давления Δр на несколько десятков паскалей. Ухо человека воспринимает Δр = 10^-5 Па. Ухо весьма чувствительный прибор, наиболее чувствительно к колебаниям с частотой около 3500 Гц.

Звуковая волна подобно другим волнам распространяется с конечной скоростью. Если гроза далеко, то запаздывание грома достигает нескольких секунд.

Скорость звука в воздухе при температуре 0 °С равна 331 м/с; скорость звука в воде при температуре 8 °С равна 1435 м/с; при температуре 15 °С равна 4980 м/с.

Физические характеристики звука

1. Звуковое давление, оказываемое звуковой волной на стоящее перед ней препятствие.

2. Спектр звука - разложение сложной звуковой волны на составляющие ее частоты.

3. Интенсивность звуковой волны:

где S - площадь поверхности; W - энергия звуковой волны; t - время.

4. Громкость.

Как и высота, связана с ощущением, возникающим в сознании человека, а также с интенсивностью волны.

Человеческое ухо способно воспринимать звуки интенсивностью от 10^-12 (порог слышимости) до 1 Вт/м² (порог болевого ощущения).

Громкость не является прямо пропорциональной величиной интенсивности.

Уровень громкости выражается в белах:

l₀ = 10^-12 Вт/м² - порог слышимости.

5. Высота звука зависит от частоты колебаний: чем больше частота, тем выше звук.

6. Тембр звука - позволяет различать два звука одинаковой высоты и громкости, издаваемых различными инструментами. Он зависит от спектрального состава.

IV. Закрепление материала

- Что представляют собой звуковые волны?

- Что является источником звука?

- Какова частота и длина звуковой волны, воспринимаемой человеком?

- Как называются такие звуковые волны?

V. Подведение итогов урока

Домашнее задание

п. 73, задачи на с. 347 (№ 1-3); № 4-5 по желанию.

Творческое задание: Предложите способ нахождения скорости звука в среде, используя доступное оборудование, проведите эксперимент.

п. 46; п. 47.