Анализ формулы позволяет уяснить характер зависимости между величинами, которые она связывает. Эту зависимость проверяют на опыте, например, изменяя частоту вибратора в волновой ванне, наблюдают изменение длины волны, так как скорость волны, определяемая свойствами среды, остается постоянной величиной. Акустические явления Изучение акустических явлений, т. е. распространения в упругой среде механических колебаний, способствует расширению понятия волны - от волн, непосредственно воспринимаемых визуально, до невидимых. Это в какой-то мере готовит учащихся к восприятию физической сущности электромагнитных волн. Кроме того, при изучении звуковых явлений можно закрепить те знания учащихся о волнах и их характеристиках, которые к тому времени они имеют. Звуковые волны изучают в следующей последовательности. Вначале учащихся знакомят с источниками и приемниками звука. Рассматривают примеры источников звука, совершающих колебания с собственными частотами (камертон, струна), и примеры излучателей вынужденных колебаний, преобразующих электрические колебания в звуковые. Можно показать и приемники звука - микрофоны, вспомнить устройство угольного микрофона и ознакомить с устройством электродинамического микрофона. Затем объясняют механизм распространения звуковых волн. Демонстрируют сгущения и разрежения в упругой среде при распространении в ней звуковой волны, продольный характер звуковых волн, необходимость среды с упругими свойствами для их распространения. Последнее может быть проиллюстрировано на опыте, в котором источник звука помещают под колокол воздушного насоса и постепенно откачивают воздух, а затем повторяют опыт, окружив тот же источник слоем ваты, поролона или слоем пористого материала. Можно на опыте сравнить звукопроводность воды, металла и пористых веществ. Рассматривая скорость распространения звука в различных средах, целесообразно привести конкретные примеры звуковых скоростей в этих средах. Например, будут полезны такие сведения: скорость звука в воздухе составляет около 300 м/с, в воде она в 5 раз больше, а в металлах звук распространяется в 15 раз быстрее, чем в воздухе. Причины такого различия предлагают объяснить самим учащимся, так как им уже известно, что скорость распространения волны в среде зависит от плотности среды и ее упругости по отношению к тому или иному виду деформации, вызванному волной. После этого школьникам рассказывают о восприятии звуковых волн человеком. Рассматривают диапазоны звуковых волн: от 16 до 20000 Гц - звуки, воспринимаемые человеческим ухом, ниже 16 Гц -инфразвуки, выше 20000 Гц - ультразвуки, свыше 109 Гц - гиперзвуки. Целесообразно рассмотреть объективные характеристики звука (частоту, интенсивность, спектральный состав) и восприятие различий в этих характеристиках человеком. Понятие интенсивности часто используют в дальнейшем, поэтому полезно конкретизировать его уже при изучении звуковых волн. Интенсивность звука характеризует энергию, переносимую волной в единицу времени через единицу площади перпендикулярно направлению ее распространения. Различие в интенсивности звуковых волн человек воспринимает как различие в громкости звука. Различие в частоте воспринимают как звуки разной высоты, а субъективное восприятие тембра связано со спектральным составом звука. Сопоставление объективных физических характеристик звуковой волны с субъективно воспринимаемыми человеком иллюстрируют опытами. Подключив к электронному осциллографу микрофон, можно показать различие в осциллограммах простого тона камертона (монохроматическая синусоидальная волна), музыкального звука (немонохроматический, представляет собой совокупность нескольких частот - основной тон и обертоны) и шума (непрерывный набор частот). При рассмотрении акустического резонанса необходимо подчеркнуть, что резонанс акустических волн является доказательством волновой природы звука. Это можно продемонстрировать на опытах, например с двумя камертонами. Обращают внимание школьников на то, что явление резонанса в акустике часто используют и для того, чтобы из периодического негармонического вынужденного колебания выделить гармоническую составляющую. Полезно обсудить и такой вопрос: в телефонных наушниках, микрофонах, громкоговорителях имеют место вынужденные колебания мембраны и катушек. Полезен или вреден резонанс в этих устройствах? Учащиеся должны понять, что в случае совпадения каких-либо частот вынужденных колебаний с собственной частотой конструкции эти частоты будут вызывать более интенсивное звучание, что приведет к искажению передаваемых звуковых сообщений. Таким образом, в этих устройствах резонансные явления нежелательны. Поскольку избежать совпадения частот по всей полосе звуковых частот, на которой работают телефоны, микрофоны и динамики, практически невозможно, выход из положения находят в увеличении затухания в системе. Например, с помощью осциллографа можно показать, что сигнал, поступающий на вертикальный вход осциллографа, прекращается практически одновременно с прекращением речи перед микрофоном (динамический громкоговоритель перестает звучать сразу после выключения тока, а колебания камертона после его возбуждения длятся много дольше). В заключение рассматривают свойства акустических волн, при этом целесообразно ограничиться изучением отражения волн. Обратив внимание учащихся на то, что в большом пустом помещении звуки сопровождаются гулом, а на открытом месте те же звуки звучат отрывисто, объясняют эти явления тем, что звуковые волны способны отражаться от ряда преград (стен). Всем хорошо знакомо эхо - явление повторения звука вследствие его отражения от удаленных преград - гор, леса. Человеческое ухо способно различать два звука, если промежуток времени между их восприятием не менее 0,1 с. Учащимся предлагают задание: рассчитать наименьшее расстояние, на котором должна находиться преграда, отражающая звук, чтобы можно было услышать эхо. Зная, что за это время звуковая волна должна пройти двойное расстояние между источником звука и преградой, находят искомое расстояние до преграды:
Достарыңызбен бөлісу: |
