В воздухе распространяется звуковая волна расстояние от области повышенного давления

Тест по физике Источники звука Звуковые колебания для учащихся 9 класса с ответами. Тест включает в себя 10 заданий с выбором ответа.

1. Обязательными условиями возбуждения звуковой волны являются

А) наличие источника колебаний
Б) наличие упругой среды
В) наличие газовой среды

Верно(-ы) утверждение(-я)

1) А и Б
2) Б и В
3) А и В
4) А, Б и В

2. К какому виду волн относятся звуковые волны?

1) К поперечным механическим
2) К продольным механическим
3) К электромагнитным
4) Среди ответов нет правильного

3. Какова примерно самая низкая частота звука, слышимого человеком?

1) 2 Гц
2) 20 Гц
3) 2000 Гц
4) 20 000 Гц

4. Как называются механические колебания, частота которых превышает 20 000 Гц?

1) Звуковые
2) Инфразвуковые
3) Ультразвуковые
4) Среди ответов нет правильного

5. В воздухе распространяется звуковая волна. Расстояние от области повышенного давления до ближайшей области пониженного давления 10 см, расстояние между ближайшими областями повышенного давления 20 см, между ближайшими областями пониженного давления 20 см. Какова длина звуковой волны?

1) 10 см
2) 20 см
3) 30 см
4) 40 см

6. 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.

1) 3,43 м
2) 34,3 м
3) 1715 м
4) 3430 м

7. Камертон излучает звуковую волну длиной 0,5 м. Скорость звука 340 м/с. Какова частота колебаний камертона?

1) 17 Гц
2) 680 Гц
3) 170 Гц
4) 3400 Гц

8. Как изменится длина звуковой волны при увеличении частоты колебаний ее источника в 2 раза?

1) Увеличится в 2 раза
2) Уменьшится в 2 раза
3) Не изменится
4) Уменьшится в 4 раза

9. Человеческое ухо может воспринимать звуки частотой от 20 Гц до 20 000 Гц. Какой диапазон длин волн соответствует интервалу слышимости звуковых колебаний? Скорость звука в воздухе примите равной 340 м/с.

1) От 20 м до 20 000 м
2) От 6800 м до 6 800 000 м
3) От 0,06 м до 58,8 м
4) От 0,017 м до 17 м

10. Верхняя граница частоты колебаний, воспринимаемая ухом человека, составляет для детей 22 кГц, а для пожилых людей 10 кГц. В воздухе скорость звука равна 340 м/с. Звук с длиной волны 17 мм

1) услышит только ребенок
2) услышит только пожилой человек
3) услышит и ребенок, и пожилой человек
4) не услышит ни ребенок, ни пожилой человек

Ответы на тест по физике Источники звука Звуковые колебания
1-1
2-2
3-2
4-3
5-2
6-4
7-2
8-2
9-4
10-1

Свойства звуковой волны. Скорость звука

Подробности Категория: Акустика Опубликовано 14.09.2014 21:16 Просмотров: 4426

Пение птиц, шум дождя и ветра, раскаты грома, музыка – всё, что мы слышим, мы считаем звуком.

С научной точки зрения звук – это физическое явление, которое представляет собой механические колебания, распространяющиеся в твёрдой, жидкой и газообразной среде. Они и вызывают слуховые ощущения.

Как появляется звуковая волна

Нажать на картинку

Все звуки распространяются в виде упругих волн. А волны возникают под действием упругих сил, появляющихся, когда тело деформируют. Эти силы стремятся вернуть тело в исходное состояние. Например, натянутая струна в неподвижном состоянии не звучит. Но стоит только отвести её в сторону, как под действием силы упругости она будет стремиться занять своё первоначальное положение. Вибрируя, она становится источником звука.

Источником звука может быть любое колеблющееся тело, например, закреплённая с одной стороны тонкая стальная пластинка, воздух в музыкальном духовом инструменте, голосовые связки человека, колокольчик и т.д.

Что происходит в воздухе при возникновении колебания?

Как любой газ, воздух обладает упругостью. Он сопротивляется сжатию и тут же начинает расширяться, когда давление уменьшается. Любое давление на него он равномерно передаёт в разные стороны.

Если с помощью поршня резко сжать воздух, то в этом месте сразу же увеличится давление. Оно тут же передастся соседним слоям воздуха. Они будут сжиматься, и давление в них увеличится, а в предыдущем слое уменьшится. Так по цепочке чередующиеся зоны повышенного и пониженного давления передаются дальше.

Отклоняясь в стороны поочерёдно, звучащая струна сжимает воздух сначала в одном направлении, а затем в противоположном. В том направлении, куда отклонилась струна, давление становится выше атмосферного на какую-то величину. С противоположной стороны давление на такую же величину уменьшается, так как воздух там разрежается. Сжатия и разрежения будут чередоваться и распространяться в разные стороны, вызывая колебания воздуха. Эти колебания и называются звуковой волной. А разность между атмосферным давлением и давлением в слое сжатия или разрежения воздуха называют акустическим, или звуковым давлением.

Нажать на картинку

Звуковая волна распространяется не только в воздухе, но и в жидкой, и в твёрдой среде. Например, вода прекрасно проводит звук. Мы слышим под водой удар камня. Шум винтов надводного корабля улавливает акустик подводной лодки. Если на один конец деревянной доски положить наручные механические часы, то, приложив ухо к противоположному концу доски, мы услышим их тиканье.

Будут ли различаться звуки в вакууме? Английский физик, химик и богослов Роберт Бойль, живший в XVII веке, поместил часы в стеклянный сосуд, из которого откачал воздух. Тиканья часов он не услышал. Это означало, что звуковые волны в безвоздушном пространстве не распространяются.

Характеристики звуковой волны

Форма звуковых колебаний зависит от источника звука. Наиболее простую форму имеют равномерные, или гармонические колебания. Их можно представить в виде синусоиды. Такие колебания характеризуются амплитудой, длиной волны и частотой распространения колебаний.

Амплитуда

Амплитудой в общем случае называют максимальное отклонение тела от положения равновесия.

Так как звуковая волна состоит из чередующихся областей высокого и низкого давления, то её часто рассматривают как процесс распространения колебаний давления. Поэтому говорят об амплитуде давления воздуха в волне.

От амплитуды зависит громкость звука. Чем она больше, тем громче звук.

Каждый звук человеческой речи имеет форму колебаний, свойственную только ему. Так, форма колебаний звука «а» отличается от формы колебаний звука «б».

Частота и период волны

Количество колебаний в секунду называется частотой волны.

f = 1/Т

где Т – период колебаний. Это промежуток времени, за который совершается одно полное колебание.

Чем больше период, тем меньше частота, и наоборот.

Единица измерения частоты в международной системе измерений СИ – герц (Гц). 1 Гц – это одно колебание в секунду.

1 Гц = 1 с-1.

К примеру, частота в 10 Гц означает 10 колебаний в 1 секунду.

1 000 Гц = 1 кГц

От частоты колебаний зависит высота тона. Чем выше частота, тем выше тон звука.

Человеческое ухо способно воспринимать не все звуковые волны, а только лишь те, которые имеют частоту от 16 до 20 000 Гц. Именно эти волны и считаются звуковыми. Волны, частота которых ниже 16 Гц, называют инфразвуковыми, а свыше 20 000 Гц – ультразвуковыми.

Человек не воспринимает ни инфразвуковые, ни ультразвуковые волны. Но животные и птицы способны слышать ультразвук. Например, обыкновенная бабочка различает звуки, имеющие частоту от 8 000 до 160 000 Гц. Диапазон, воспринимаемый дельфинами, ещё шире, он колеблется от 40 до 200 тысяч Гц.

Длина волны

Длиной волны называют расстояние между двумя ближайшими точками гармонической волны, находящимися в одинаковой фазе, например, между двумя гребнями. Обозначается как ƛ.

За время, равное одному периоду, волна проходит расстояние, равное её длине.

Скорость распространения волны

v= ƛ / T

Так как T = 1/f,

то v = ƛ·f

Скорость звука

Попытки определить скорость звука с помощью экспериментов предпринимались ещё в первой половине XVII века. Английский философ Фрэнсис Бэкон в своей работе «Новый органон» предложил свой способ решения этой задачи, основанный на разности скоростей света и звука.

Известно, что скорость света значительно выше скорости звука. Поэтому во время грозы сначала мы видим вспышку молнии, а уже затем слышим раскаты грома. Зная расстояние между источником света и звука и наблюдателем, а также время между вспышкой света и звуком, можно рассчитать скорость звука.

Идеей Бэкона воспользовался французский учёный Марен Марсенн. Наблюдатель, находящийся на некотором расстоянии от человека, стрелявшего из мушкета, зафиксировал время, прошедшее от световой вспышки до звука выстрела. Затем величину расстояния разделили на время и получили скорость звука. По результатам эксперимента скорость оказалась равной 448 м/с. Это был приблизительный расчёт.

В начале XIX века группа учёных Парижской академии наук повторила этот опыт. По их расчётам скорость света имела значение 350-390 м/с. Но и эта цифра не была точной.

Теоретически скорость света пытался вычислить Ньютон. В основу своих расчётов он положил закон Бойля-Мариотта, описывавший поведение газа в изотермическом процессе (при постоянной температуре). А так бывает, когда объём газа изменяется очень медленно, успевая отдать окружающей среде тепло, возникающее в нём.

Ньютон же предполагал, что между областями сжатия и разрежения температура выравнивается быстро. Но этих условий нет в звуковой волне. Воздух плохо проводит тепло, а расстояние между слоями сжатия и разрежения велико. Тепло из слоя сжатия не успевает перейти в слой разрежения. И между ними возникает разность температур. Поэтому расчёты Ньютона оказались неверными. Они давали цифру в 280 м/с.

Французский учёный Лаплас сумел объяснить, что ошибка Ньютона заключалась в том, что звуковая волна распространяется в воздухе в адиабатических условиях, при изменяющейся температуре. Согласно расчётам Лапласа, скорость звука в воздухе при температуре 0о С равняется 331,5 м/с. Причём, она возрастает с возрастанием температуры. И при повышении температуры до 20о С она будет равна уже 344 м/с.

В разных средах звуковые волны распространяются с разной скоростью.

Для газов и жидкостей скорость звука вычисляется по формуле:

где с –скорость звука,

β — адиабатическая сжимаемость среды,

ρ – плотность.

Как видно из формулы, скорость зависит от плотности и сжимаемости среды. В воздушной среде она меньше, чем в жидкой. Например, в воде при температуре 20о С она равна 1484 м/с. Причём, чем выше солёность воды, тем с большей скоростью в ней распространяется звук.

Впервые скорость звука в воде измерили в 1827 г. Этот эксперимент чем-то напоминал измерение скорости света Мареном Марсенном. С борта одной лодки в воду спустили колокол. На расстоянии более 13 км от первой лодки находилась вторая. На первой лодке ударяли в колокол и одновременно поджигали порох. На второй лодке фиксировали время вспышки, а затем время прихода звука от колокола. Разделив расстояние на время, получили скорость звуковой волны в воде.

Самую высокую скорость звук имеет в твёрдой среде. Например, в стали она достигает более 5000 м/с.

Источник

Цели урока:

Образовательные: выяснить, какие волны
являются звуковыми. Познакомиться с источниками
звука, характеристиками звука, механизмом
распространения звука.
Развивающие: развивать
учебно-познавательную, коммуникативную
компетенции при решении задач и постановке
эксперимента (умение анализировать и делать
вывод, выделять главное, проводить рефлексию
своей деятельности, оценивать результат, умение
слушать, общаться в группе).
Воспитательные: приучать к
доброжелательному отношению обучающихся друг к
другу, прививать бережное отношение к природе.

Тип урока: изучение нового материала

Применяемые методы, педагогические технологии:
использование компетентностного подхода,
технология проблемного обучения.

Формы работы: фронтальная, групповая
(по 4 человека).

Используемые средства обучения:
проектор, ноутбук, экран, линейка.

Структура урока: этапы урока по
минутам

1	Орг.момент.	2 мин
2	Целеполагание	5 мин
4	Постановка проблемы	5 мин
5	Изучение нового материала	20 мин
6	Домашнее задание	3 мин
7	Применение знаний	8 мин
8	Рефлексия	2 мин

Урок сопровождается презентацией.

Этап урока “Целеполагание”

Учитель: Здравствуйте, ребята. Сегодня мы
познакомимся с таким явлением, без которого
невозможно представить нашу жизнь на земле, без
которого невозможно общение людей, зверей, птиц.
Это то , что окружает каждого человека с детства.
Это то, что вызывает бурные эмоции. Это явление
столь же древнее, как и сама Земля.

Посмотрите на слайд (1) и скажите, какая тема
нашего урока .

Обучающиеся формулируют тему “Звуковые
волны”.

Учитель: Мы живем в мире звуков,
которые позволяют нам получать информацию о том,
что происходит вокруг.

Пытаются шептать клочки афиш,
Пытается кричать железо крыш,
И в трубах петь пытается вода,
И так мычат бессильно провода…
К.Я.Ваншенкин

Чтобы разобраться в том, что такое звуковые
волны мы должны дать характеристику этому
явлению. Что мы должны знать о
явлении?(Используются планы обобщенного
характера А. А. Боброва)

Учащиеся вспоминают (внешние признаки явления,
определение, условия протекания, механизм его
протекания, количественные характеристики,
использование на практике ).

Обучающиеся самостоятельно формулируют цели
урока.

Цель: узнать, какие волны являются
звуковыми, как они возникают , какие величины
описывают звуковые волны, где применяются. (Слайд
2).

Этап урока “Целеполагание” формирует
способность ставить цель, сравнивать
(Учебно-познавательная компетенция).

Учитель: Я прошу вас объединиться в
группы по 4 человека. У нас получиться 6 групп.

Этап урока “Постановка проблемы”

Учитель: А теперь попробуйте
предложить способ получения звука с помощью
линейки. Продемонстрируйте звук, сравните со
звуком, полученным в другой группе. (Слайд 3)

В каждой группе по очереди демонстрируют
способ получения звука.

Обучающиеся один конец линейки зажимают, а
другой приводят в колебательное движение.
Получают дребезжащие звуки. Сравнивают со
звуком, полученным в другой группе и понимают,
что используя одни предметы , получили разные
звуки. Почему? (Проблема).

Обучающиеся высказывают разные гипотезы. Для
проверки которых, учитель предлагает
разобраться в том, что такое звук, как он
возникает.

Этап “Постановка проблемы” формирует
экспериментальные умения, умение сравнивать,
наблюдать, делать выводы

Этап урока “Изучение нового материала”

Учитель: Давайте сначала разберемся,
как вы получили эти звуки?

Обучающиеся: привели в колебательное движение
линейку.

Учитель: многие тела способны
создавать звуки (Слайд 4 ) музыкальные
инструменты, животные, птицы, насекомые,
механизмы. Что является общим для всех этих тел?

Обучающиеся: тела, которые порождают звуки,
колеблются.

Учитель: внешним признаком звуковых
волн является колеблющееся тело или его часть.

Такие тела называют источниками звука.
Источники звука бывают естественными или
искусственными. (Слайд 5).

Учитель: А теперь попробуйте создать
колебательное движение руками. Почему при взмахе
руками звука вы не слышите? (Слайд 6)

Учитель выслушивает ответы одного
представителя из групп и предлагает посмотреть
фрагмент: как насекомые создают звуки?
https://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/4782a1d7-fe5c-452b-8b1e-8c8fb4039f39/9_27.swf

После просмотра фрагмента обучающиеся
отвечают, что только те колеблющиеся тела
способны создавать звуковые волны, которые
колеблются с определенной частотой и
формулируют определение звуковых волн.

Учитель дает более точное определение
: звуковые волны – упругие волны с частотой от
16-20000 Гц. (Слайд 7)

Учитель: Уменьшите длину выступающей
части линейки. Изменилась ли частота колебаний
линейки? Изменился ли звук? (Слайд8)

Ответ: линейки имели разную частоту, поэтому
возникли разные звуки.

Учитель: для изучения механизма возникновения
и распространения звуковых волн посмотрите
слайды и ответьте на вопросы в группах.

1. Необходима ли среда (например, воздух, вода,
земля) для возникновения звука? Или звук
распространяется в вакууме? (Слайд 9)

Демонстрация ЭОР .Федеральный центр
информационно-образовательных ресурсов
звуковые волны https://fcior.edu.ru/card/12497/zvukovye-volny.html

Ответ обучающихся: звуковые волны
распространяются в упругих средах.

2. Проанализируйте текст и ответьте на вопрос
(Слайд 10)

Звук — продольная или поперечная волна?

Текст. Продольные волны — волны, в которых
колебания происходят в направлении
распространения волны.(В газах, жидкостях,
твердых телах- сжатие и разрежение )

Поперечные волны — волны, в которых колебания
происходят перпендикулярно направлению
распространения волны. (В твердых телах — сдвиг).

Ответ обучающихся: звуковые волны — продольные
волны, вызванные деформацией растяжение, сжатие.

3. Как человек слышит звук? (Слайд 11) Строение
уха.

Просмотр фрагмента https://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/df75bd16-9fa1-4b25-8141-ccc07cb4d5b2/9_29.swf

Ответ обучающихся: звук от источника доходит до
приемника с той же частотой.

Формулировка обучающихся механизма
возникновения и распространения волны.

Механизм возникновения и распространения
волны: энергия от источника передается частицам
среды, частицы среды приходят в колебательное
движение, передают энергию соседним частицам,
возникает возмущение (деформация) среды, то есть
образуется продольная волна, которая передает
энергию приемнику.

Учитель: Но только ли от частоты
зависят звуковые волны? Вспомните, какие еще
характеристики имеет волна?(Фронтальная работа.)
(Слайд 12)

Обучающиеся называют характеристики волн.

v – частота	— длина волны	V — скорость
Т — период	Е — энергия	А — амплитуда

Формулы, связывающие характеристики звуковых
волн (Слайд 13)

Учитель: Существуют субъективные
характеристики звука. Они так называются, так как
для разных людей они воспринимаются по –
разному. Это громкость и высота.

Учитель: Громкость зависит от
амплитуды колебаний в звуковой волне. За единицу
громкости звука принят 1 Бел (в честь Александра
Грэхема Белла, изобретателя телефона).

Громкость человеческого голоса можно
увеличить с помощью мегафона.

Он представляет собой конический рупор ,
приставляемый ко рту говорящего человека.

Усиление звука при этом происходит благодаря
концентрации излучаемой звуковой энергии в
направлении оси рупора. Рупоры использовались и
в первых аппаратах, предназначенных для записи и
воспроизведения звука. (Слайды 14,15)

Высота тона — определяется частотой колебаний
источника звука. Чем больше частота колебаний в
звуковой волне, тем выше звук. Например , шмель
машет в полете крылышками с частотой 220 Гц ,а
комар 500 Гц. Поэтому шмель жужжит(низкий звук), а
комар пищит (высокий звук).

Звуковую волну определенной частоты называют
музыкальным тоном. Основной тон с примесью
нескольких колебаний других частот образуют
музыкальный звук. Например, звуки скрипки и
пианино могут включать в себя 15-20 различных
колебаний. От состава каждого сложного звука
зависит его тембр (окраска звука).

Просмотр фрагмента https://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/b898994a-ac7a-473f-a2b3-170e71d7f27e/9_45.swf
(Слайды 16,17)

Учитель: мы познакомились с вами с
характеристиками звуковых волн.

Ответьте на вопрос, почему в эксперименте с
линейкой были получены разные звуковые волны ?

Обучающиеся отвечают на вопрос, что все
полученные волны имели разные характеристики.

Учитель: А теперь поговорим о
практическом применении звуковых волн.

В фронтальной беседе приводятся примеры
проявления и применения звуковых волн. (Слайды
18,19,20)

Этап урока “Изучение нового
материала” формирует способность
сравнивать, анализировать, делать выводы,
систематизировать, (Учебно-познавательная
компетенция), умение работать в группе, слушать
собеседника, выступать с выводами
(Коммуникативная компетенция).

Этап урока “Домашнее задание”

Учитель записывает домашнее задание.

Параграфы 34-38, упр.32(1-4)

Проделайте эксперимент.

Положив на один конец доски или деревянной
линейки наручные механические часы, приложите
ухо к другому ее концу. Что вы слышите?

Проанализируйте и объясните, с одинаковой ли
скоростью распространяется звук по воздуху и по
линейке?

Этап урока “Домашнее задание” формирует
способность сравнивать, анализировать, делать
выводы. (Учебно- познавательная компетенция).

Этап урока “Применение знаний”.

Фронтальная работа или индивидуальная работа
(в зависимости от класса)

Задача 1

Проанализируйте и сделайте вывод , какие
условия возбуждения звуковой волны являются
обязательными (анализ)

А: наличие источника колебаний

Б: наличие упругой среды

В: наличие газовой среды

1) А и Б

2) Б и В

3) А и В

4) А, Б и В

Задача 2

В воздухе распространяется звуковая волна.
расстояние от области повышенного давления до
ближайшей области пониженного давления 10 см,
расстояние между ближайшими областями
повышенного давления 20 см, между ближайшими
областями пониженного давления 20 см.

Определите длину звуковой волны?(понимание)

1) 10 см

2) 20 см

3) 30 см

4) 40 см

Задача 3

Установите зависимость между длиной волны и
частотой и ответьте на вопрос: как изменится
длина звуковой волны при увеличении частоты
колебаний ее источника в 2 раза?(анализ)

1) Увеличится в 2 раза

2) Уменьшится в 2 раза

3) Не изменится

4) Уменьшится в 4 раза

Задача 4

Объясните причину увеличения громкости звука?(понимание)

1) Повышение высоты тона

2) Понижение частоты колебаний

3) Увеличение амплитуды колебаний

4) Уменьшение амплитуды колебаний

Задача 5

Найдите скорость распространения звука в
металле, в котором колебания с периодом 0,01 с
вызывают звуковую волну, имеющую длину 20 м
(применение)

1) 2000 м

2) 20 м

3) 0,2 м

4) 200 м

Задача 6

Установите соответствие физических величин и
формул, характеризующих волну (применение)

Ответ:

Этап урока “Применение знаний” формирует
способность анализировать, объяснять причину,
делать выводы , применять знания, оценить
результат (Учебно-познавательная компетенция).

Этап урока “Рефлексия”

Обучающимся раздаются таблица с вопросами .
Напротив вопроса нужно поставить + или –

Знаешь ли ты, что общего имеют все источники
звука?
Знаешь ли ты, что такое звук?
Знаешь ли ты, механизм возникновения звука?
Знаешь ли ты, физические величины, описывающие
звуковые волны?
Знаешь ли ты, формулы физических величин,
описывающие звуковые волны?
Знаешь ли ты, где применяются звуковые волны?
Умеешь ли ты применять формулы физических
величин, описывающие звуковые волны при решении
задач?
Что на уроке тебе больше всего понравилось?
1. Эксперимент
2. Работа в группе
3. Презентация
4. Самостоятельное решение задач

Этап урока “Рефлексия” позволяет
обучающимся проанализировать свою деятельность
на уроке, оценить результат изучения новой темы
(Учебно-познавательная компетенция).

Источник