Организация исследовательского домашнего эксперимента в школьном курсе физики по теме «Звук»

Гипотезы, которые могут выдвигать школьники при изучении темы:

Чем длиннее колеблющаяся часть линейки (чем больше воды в сосуде), тем выше звук.

Высота звука не зависит от длины колеблющейся части линейки (от количества воды в сосуде).

Громкость звука не зависит от силы удара.

Чем сильнее удар, тем громче звук.

При одинаковой силе удара по разным предметам, громкость звука может быть разной.

Примерные эксперименты и задачи по теме:

Эксперимент №1.

1. Прижмите к столу металлическую линейку и приведите её в колебательное движение, обратите внимание на высоту звука и частоту колебаний линейки.

2.Увеличьте (или уменьшите) длину колеблющейся части линейки, повторите опыт.

3.Сравните высоту звука и частоту колебаний с результатами предыдущего опыта.

Эксперимент №2

Вливая струю воды в высокий цилиндрический сосуд, проследить, как изменяется высота тона прослушиваемого звука по мере наполнения сосуда.

Эксперимент №3

Возьми несколько стеклянных банок и налей в них воду так, чтобы в каждой банке ее уровень был разным. Теперь постучи ручкой по горлышку каждой банки. Какая из них издает самый высокий звук? Самый низкий? Попробуй сыграть какую–нибудь простую мелодию.

Эксперимент №4.

Слегка ударьте молоточком по одной ветви камертона. Запомните уровень громкости звука. Заглушите камертон и ударьте по нему сильнее, чем в первый раз. Как изменилась громкость звука?

Эксперимент №5. Попробуйте постучать по стене и двери комнаты с одинаковой силой. В каком случае стук получается более громким? Почему?

Задачи

1.Кто в полёте быстрее машет крыльями: муха, шмель или комар? Как это можно определить?

2.Крупный дождь можно отличить от мелкого по более громкому звуку, возникающему при ударе капель о крышу. На чём основана такая возможность?

3.Струна длиной 60 см издает звук с частотой основной моды 1 кГц. Какие обертоны может иметь звук? Чему равна скорость звука в струне?

4.Определите интенсивность звука в кабине автомобиля, если уровень интенсивности 69,9дБ.[5 MKВТ/М2]

Тема исследования № 3: «Распространение звука»

Проблемный вопрос: Как зависит скорость звука от среды?

Цель:

                  изучить процесс распространения звуковой волны, познакомить учащихся с условием возникновения звуковой волны, формулой расчета скорости волны, выяснить с какими скоростями распространяются звуковые волны в различных средах;

                  совершенствовать умение логически мыслить, решать качественные и расчетные задачи;

                  проконтролировать знания и умения учащихся, приобретенные при изучении темы.

Еще одна тема, при знакомстве с которой ученики узнают, что звуки распространяются в воздухе в виде звуковых волн; молекулы воздуха сначала сближаются друг с другом, потом удаляются друг от друга, затем вновь сближаются, и так далее, — в результате этого и образуются звуковые волны. Обязательно обращается внимание на необходимое условие распространения звуковой волны и зависимость скорости звука от среды и от свойств среды. Изучение темы начинается с исторического экскурса в 18 век, когда впервые была измерена скорость звука. В качестве интерактивных средств в сценарий урока включается демонстрация с СD-диска «Физикус» компании «МедиаХауз». Проверка знаний осуществляется с помощью вопросов, задач, заполнения таблиц. Каждый вопрос, проблема, мнение, результат проведенного эксперимента могут стать предметом обсуждения на форуме.

'Гипотезы, которые могут выдвигать школьники при изучении темы:

1. Скорость звука в разных средах неодинакова.

2. Скорость звука в разных средах одинакова.

3. Пористые и упругие тела неодинаково проводят звук.

Примерные вопросы, эксперименты и задачи по теме:

Эксперимент №1.

Сделайте игрушечный «телефон», состоящий из двух коробок, соединенных натянутой проволокой, Почему такое устройство позволяет переговариваться тихим голосом на расстоянии в несколько десятков метров.

Эксперимент №2.

Если ударить молотком по одному концу длинной металлической трубы(например, водопроводной), то стоящий у другого конца трубы услышит двойной удар. Почему?

Эксперимент №3.

Карманные часы, положите на одном конце стола, приложив ухо к другому концу стола можно отчетливо услышать даже такой слабый звук, как тиканье карманных часов.

Вопросы:

1. Может ли звук распространяться в газах, жидкостях, твердых телах? Ответы подтвердите примерами.

2. Какие тела лучше проводят звук: упругие или пористые? Приведите примеры упругих и пористых тел.

3. Каким образом обеспечивают звукоизоляцию помещений, т. е. защищают помещения от посторонних звуков?

4. Каким образом у человека вызывается ощущение звука?

5. Какую волну представляет собой звук, распространяющийся в газах и жидкостях?

6. Как была измерена скорость звука в воздухе?

7. От чего зависит скорость распространения звука в воде?

Задачи.1. Объясните, как слуга из рассказа «Барон Мюнхаузен» смог узнать, что скороход заснул: «Я позвал своего слугу, того самого, который слышал, как растет трава в поле. И спросил его, не слышит ли он топота ног моего скорохода. Он приложил ухо к земле и сообщил, к моему величайшему горю, что бездельник скороход заснул».

2. Герой рассказа О. Генри ударил поросенка с такой силой, что он полетел, «опережая звук собственного визга». С какой наименьшей скоростью должен был лететь поросенок, чтобы описанный случай произошёл в действительности?

3. Почему в туман гудки паровозов, пароходов слышны на более далеком расстоянии, чем в солнечную погоду.

4. Почему мы не слышим грохота мощных процессов, проходящих на Солнце?

5. Человек услышал звук грома через 10 с после вспышки молнии. Считая, что скорость звука в воздухе 343 м/с, определите, на каком расстоянии от человека ударила молния? (3430 м.)

6. Наблюдатель услышал раскаты грома спустя 6 с после вспышки молнии. На каком расстоянии произошел грозовой разряд? (Скорость v звука в воздухе принять равной 1/3 км/с.)

7. Определить длину звуковой волны при частоте 200 Гц, если скорость распространения волны равна 340 м/с.

8.Определите скорость звука в воде, если источник звука, колеблющийся с периодом 0,002 с, возбуждает в воде волны длиной 2,9 м.

9.Звуковые колебания распространяются в воде со скоростью 1480 м/с, а в воздухе - со скоростью 340 м/с. Во сколько раз изменится длина звуковой волны при переходе звука из воздуха в воду?

Тема исследования № 4: "Отражение звука. Эхо"

Цель:

                  изучить процесс отражения звука от различных препятствий, познакомиться со способами усиления звука, выяснить условия возникновения резонанса;

                  совершенствовать умение логически мыслить, решать качественные и расчетные задачи;

                  проконтролировать знания и умения учащихся, приобретенные при изучении темы.

Проблемный вопрос: Когда мы слышим эхо?

Еще одна тема, изучение которой расширяет кругозор учащихся по разделу «Акустика». Каждый из нас знаком с таким звуковым явлением, как эхо. Изучая тему, школьники узнают, что эхо образуется в результате отражения звука от различных преград - стен большого пустого помещения, леса, сводов высокой арки в здании. И отвечают на вопрос: почему мы не слышим эха в небольшой квартире? Ведь и в ней звук должен отражаться от стен, потолка, пола. Проведение экспериментов дает возможность либо подтвердить, либо опровергнуть выдвигаемые гипотезы. Кроме того, эксперименты позволяют выяснить условия возникновения резонанса. Проверка знаний осуществляется с помощью вопросов, задач, тестов. Дополнительно указываются адреса сайтов, на которых можно принять участие в оnline тестировании.

Гипотезы, которые могут выдвигать школьники при изучении темы:

1. Отражение звука не зависит от наличия предметов в комнате.

2. Звук можно усилить, не повышая голоса.

3. Можно рассчитать наименьшее расстояние до преграды, чтобы услышать эхо.

4. Можно заставить звучать предмет, не дотрагиваясь до него.

Примерные вопросы, эксперименты и задачи по теме:

Эксперимент №1.

Опустите в сосуд с водой ручные водонепроницаемые часы и расположите ухо на некотором расстоянии. Звук почти не слышен. Расположите над сосудом под углом 45° плотный картон или книгу. Почему происходит усиление звука?

Эксперимент №2.

1.Поставьте рядом два одинаковых камертона, обратив отверстие ящиков, на которых они укреплены, друг к другу

2.Ударьте один из камертонов и приглушите его пальцами. Наблюдайте, как звучит второй камертон.

3.Возьмите два разных камертона или прикрепите к одной из ножек камертона кусок пластилина (т.е. различной высоты тоны), повторите опыт. Звучит ли второй камертон?

вопросы:

1. Почему эхо не возникает в маленькой, заполненной мебелью комнате, но возникает в большом полупустом зале?

2. Может ли возникнуть эхо в степи?

3. Стекло поглощает звук меньше, чем воздух. Почему же уличный шум лучше слышен при открытых окнах?

4. Для чего камертоны устанавливают на резонаторных ящиках?

Задачи.

1. С какой скоростью распространяется звук в атмосфере Венеры, если эхолот спускаемого аппарата космического корабля на высоте h = 1 км принял сигнал, отраженный от поверхности Венеры, через 8 с после излучения? (250 м/c)

2. Какова глубина моря, если промежуток времени между излучением и приемом сигнала эхолота t = 4 с, скорость звука в воде равна 1500 м/с? (3 км)

3. Во сколько раз изменится длина звуковой волны при ее переходе из воды в воздух? скорость звука в воздухе равна 343 м/с, скорость звука в воде равна 1483 м/с. Учтите, что частота волн при переходе из одной среды в другую не изменяется ( ~ в 4 раза.)

4. Частотный диапазон рояля от 90 до 9000 Гц. Найти диапазон длин звуковых волн в воздухе? скорость звука в воздухе = 340 м/с. (~ 3,8 м, ~ 0,038 м)

Тема исследования № 5: "Ультразвук и инфразвук"

Цель:

                  познакомить учащихся с понятиями ультразвук и инфразвук, выяснить источники ультразвука и инфразвука, их применение и влияние на жизнь человека;

                  совершенствовать умение логически мыслить, решать качественное и расчетные задачи;

                  проконтролировать знания и умения учащихся, приобретенные при изучении темы.

                Проблемный вопрос: Как звуки влияют на человека?

План изучения темы таков: сначала учащимся предлагается ознакомиться с материалами печатных и Интернет-ресурсов по учебной теме «Ультразвук и инфразвук». Согласно поставленным гипотезам, проанализировать изученный материал. Представить результаты своего исследования в виде творческого отчета по одной из предложенных тем. Он должен состоять из текстовой, графической и звуковой составляющих, объединенных в виде сайта, презентации, фильма или учебного пособия.

Примерные темы для творческого отчета:

Звуки могут лечить.

От каких звуков надо защищать человека?

Что полезно слушать?

Ультразвук или о чём говорят дельфины?

Гипотезы, которые могут выдвигать школьники при изучении темы:

1. Ультразвук и инфразвук полезны для человека.

2. Ультразвук и инфразвук не влияют на человека.

3. Ультразвук и инфразвук оказывают вредное воздействие на человека.

Примерные вопросы и тесты по теме:

Вопросы:

1. Что такое ультразвук?

2. Что такое инфразвук?

3. Кто издает и воспринимает ультразвук и инфразвук?

4. Что такое ультразвуковая дефектоскопия?

5. Как ультразвук используют в медицине?

6. Где человек использует инфразвук?

                Тесты

1. На поверхности океана волны достигают 300 м, а ее круговая частота 0,46 рад/с. Скорость распространения такой волны равна:

1) 138 м/с 2) 652 м/ 3) 22м/с 4) 430 м/ 5) 46 м/с

2. Рыболов заметил, что при прохождении волны поплавок за 10 с совершает 20 колебаний, а расстояние между соседними гребнями волны равно 1,2 м.. С какой скоростью распространяется волна по поверхности воды?

1) 2,4 м/с 2) 0,6 м/с 3) 1,2 м/с 4) 1,8 м/с 5) 0,2 м/с

3. Во сколько раз изменится длина звуковой волны при переходе звука из воздуха в воду, если скорость звука в воде 1460 м/с, а в воздухе 340 м/с?

1) увеличится в 4,3 раза 2) уменьшится в 4,3 раза 3) увеличится в 2,1 раза 4) уменьшится в 2,1 раза 5) не изменится.

Опыт «Хотите увидеть звук?»

а) Хотите «увидеть» звук? Натяните полиэтиленовый пакет на глубокую чашку или пластиковый контейнер как можно туже, а сверху на него насыпьте соль или сахарный песок. Поднесите противень к чашке и ударьте несколько раз в него деревянной ложкой. Как вы думаете: почему начинают подпрыгивать частицы соли и сахара?