Изучение слухового аппарата человека. Урок- эксперимент.
9 класс естественнонаучного профиля.

Цель урока:
1. Образовательная:
А) знакомство со строением уха, слуховым аппаратом у человека
Б) продолжение работы по формированию навыков учащихся:
- работы в группе;
- анализа источников информации;
- экспериментальной работы;
В) закрепление знаний и умений:
- по теме «Изучение слухового аппарата человека»;
- умение составлять задачи и решать их.
2. Воспитательная:
А) воспитание мировоззренческих понятий:
- причинноследственные связи в окружающем мире;
- познаваемость окружающего мира и человечества.
Б) нравственное воспитание:
- воспитание любви к природе;
- воспитание чувства товарищеской взаимовыручки;
- воспитание этики групповой работы.
3. Развивающая:
А) развитие навыков и умений:
- умение классифицировать и обобщать;
- составление схем;
- умение формулировать выводы по изученному материалу.
Б) развитие самостоятельности мышления и интеллекта;
В) развитие грамотной устной речи;
Г) развитие навыков практической работы.

План урока:
1. Организационная часть (1-2 минуты)
2. Активизация мыслительной деятельности. (5 мин)
3. Информационный блок № 1 (8 мин)
4. Экспериментальные задачи, решение и обсуждение результатов (до 10 мин)
5. Информационный блок № 2 (8 мин)
6. Экспериментальные задачи, решение и обсуждение результатов (до 5 мин)
7. Проверка знаний и умений (до 5 мин)
8. Оценивание работы учащихся, обобщение и завершение урока (2-3 мин)

Оборудование урока: 1. Схемы, фотографии.
2.Видеофильмы или презентация «Изучение слухового аппарата человека»

Оформление доски и класса:
1. Тема урока. Дата.
2. Схемы, фотографии.
3. В кабинете парты расставлены для работы в группах (по 3-4 учащихся в каждой группе)
4. Телевизор (мультимедийный проектор) или компьютер с презентацией и видеороликом.

Организационная часть.
Объяснение ученикам целей и задач урока. Формирование групп и раздача рабочего материала. Группы формируются по желанию учащихся. Каждая группа имеет компьютер с выходом в интернет и другие источники информации. В течение отведенного времени группа готовит тексты мини-рассказов (докладов). При подготовке используются различные источники информации: библиотечные ресурсы, электронные учебники, интернет, видеотека, мультимедийные источники информации. С помощью проектора мини – рассказы иллюстрируются слайдами, схемами, картинками.

Активизация мыслительной деятельности.
Физический словарик. (В.Даль)
Вокальный. Заимствовано в начале 18 века из французского языка vocal – гласный, голосовой, звучащий.
В унисон (в один голос). Возникло в 19 веке в результате сращения в одно слово, заимствованного из итальянского языка, где unus- один, sonus – звук, голос.
Слух. Общеславянское. Образовано с помощью суффикса х от того же корня, что и слова слыть.

О ком идет речь?
Огромный вклад Х сделал для изучения слуха и уха (физиологическая акустика). В 1863 году вышла его книга «Учение о звуковых ощущениях как физиологическая основа акустики». Создав теорию резонанса, он создал затем на ее основе учение о слуховых ощущениях, о нашем голосе, о музыкальных инструментах. Изучая явления колебаний, Х разработал и ряд вопросов, имеющих огромное значение для теории музыки, дал анализ причин музыкальной гармонии.
(Гельмгольц)

Решение задач (в группах)
По пословицам, поговоркам и загадкам.
1.На небе стукнет - на земле слышно.
А почему мы слышим звук от молнии?
Ответ. Звук может распространятся только в упругих средах. Воздух является такой средой и следовательно после вспышки молнии мы слышим гром.

2.Живет без тепла, говорит без языка, плачет без души, смеется без радости. (Эхо)
Объясните явление -эхо .
Ответ. Эхо - явление отражения звука от преграды.

3.Никто его не видит, а всяк слышит .(эхо)
Объясните явление эхо.
Ответ. Явление эхо связано с отражением звука от препятствий.

4.Что стучит без рук. (гром)
Вопрос. Что является источником грома?
Ответ. Источником звука является электрический разряд.

5.У тебя голосок, что бабий волосок (тонок да долог).
Вопрос. Какими параметрами характеризуется звук. Что можно сказать о характеристиках голоса из пословицы?
Ответ. Звук мы характеризуем высотой (частотой), громкостью (амплитудой), тембром (частотной окраской). У тебя голосок, что бабий волосок, звук имеет достаточно большую частоту.
По художественным произведениям.
1. Из стихотворения Виктора Кочеткова «Станция Зай».
В колокол медный
Дежурный ударил.
Эхо
Пугливо метнулось к пруду…
Вопрос. Назовите источник звука.
Ответ. Колокол.

2.По произведению М. Булгакова «Мастер и Маргарита».
...Она (Маргарита) запечалилась и понурилась. Но тут вдруг та самая утренняя волна ожидания и возбуждения толкнула ее в грудь " Да, случится!" Волна толкнула ее вторично и тут она поняла, что это волна звуковая. Сквозь шум города все отчетливее слышались приближающиеся удары барабана и звуки немного фальшивящих труб.
Вопрос. А чем отличается звуковая волна от других волн? Назовите основные характеристики звуковых волн. Почему мы можем отличить игру на трубе от игры на барабане?
Ответ. Звуковыми волнами называются волны, распространяющиеся в упругой среде и обладающие частотами от 16 - 20000 Гц. Характеристиками звука являются громкость, высота звука и тембр. Различные музыкальные инструменты имеют различный тембр.

3.По произведению А.С. Пушкина «Руслан и Людмила».
Там лес и дол видений полны;
Там о заре прихлынут волны
На брег песчаный и пустой ...
Вопрос. А как называются эти волны? Чем отличаются продольные волны от поперечных волн? Приведите примеры поперечных волн.
Ответ. Такие волны называются поперечными, потому что колебания точек (молекул воды) происходят перпендикулярно направлению движения волны, в продольных волнах колебания точек происходят вдоль направления распространения волны .

4.По произведению А.С. Пушкина «Руслан и Людмила».
...Вдруг
Гром грянул, свет блеснул в тумане,
Лампада гаснет, дым бежит ...
Вопрос. Явление, описанное А.С. Пушкиным, очень похоже на молнию. Предположим, что это молния. А что сначала: мы слышим гром или видим свет от молнии?
Ответ. Сначала мы видим молнию, а потом уж слышим гром. Потому что скорость света 300000 км/с, а скорость звука в воздухе 340 м/с, следовательно, свет распространяется быстрее чем звук.

5.По произведению А.С. Пушкина «Руслан и Людмила».
...Один средь храмин горделивых,
Супругу милую зовет -
Лишь эхо сводов молчаливых
Руслану голос падает ...
Вопрос. Эхо. Как можно объяснить это явление?
Ответ. Эхо - это результат отражения звуковых волн от сводов здания. Следовательно это явление можно объяснить с точки зрения закона отражения.

6.По произведению А. М. Горького " Макар Чудра"
А играет - убей меня гром, коли на свете еще кто-нибудь так играл! Проведет по струнам смычком - и вздрогнет у тебя сердце, проведет еще раз - и замрет оно, слушая, а он играет и улыбается.
Вопрос. Можно ли струны скрипки назвать колебательной системой? Обычно смычком водят перпендикулярно струнам, а какая волна при этом образуется: продольная или поперечная?
Ответ. Скрипка- это колебательная система. При игре на скрипке возникает звуковая волна (продольная волна).

7.По произведению А. Солженицына " В круге первом".
-Надо вам сказать, что голос человека составляется из многих гармоник ,-почти захлебывался Прянчиков от напирающего желания все скорей рассказать .
Вопрос: О каком параметре звука хотел рассказать Прянчиков?
Ответ: О тембре

8.По произведению А. Солженицына " В круге первом".
.-Беззвучно происходят только космические катастрофы, потому что в мировом пространстве звук не распространяется...Если бы за нашими плечами разорвалась Новая Звезда , - мы бы даже не услышали.
Вопрос: Почему мы не услышим взрыв Новой Звезды?
Ответ: Потому что звук может распространяться только в упругих средах (например: в воздухе или в воде).

9.По произведению А. Солженицына " В круге первом".
- М - да... Но все - таки судить о моральных побуждениях по голосу в полосе частот от трехсот до двух тысяч четырехсот герц...
Вопрос: Определите длину волны данных звуковых волн? Скорость звука примите за 300 м/с.
Ответ: от 0.25м до 1м

10.По произведению Л. Н. Толстого " Набег".
Батальон был уже сажен двести впереди нас и казался какой-то черной сплошной колеблющейся массой ... и изредка долетали до слуха звуки солдатской песни, барабана и прелестного тенора, подголоска шестой роты, которым я не раз восхищался еще в укреплении.
Вопрос: За какое время звук проходил расстояние от батальона до рассказчика, если скорость звука принять за 340 м/с, сажень равна 2.1 м? Что чаще слышал рассказчик звуки барабана или прелестный тенор?
Ответ: примерно 1.2 с, чаще слышно барабан.

11.По произведению Н. Лескова "Соборяне" (хроника)
-Бас у тебя, -говорил регент, - хороший точно пушка стреляет...
Вопрос: К каким звуковым волнам относят бас: низкочастотным или высокочастотным ?
Ответ: К низкочастотным.

12.По произведению Н. А. Некрасова «Кому на Руси жить хорошо».
.......... ........
Проснулось эхо гулкое, Мычит корова глупая,
Пошло гулять-погуливать, Пищат галчата малые,
Пошло кричать-покрикивать, Кричат ребята малые,
Как будто подзадоривать А эхо вторит всем.
Упрямых мужиков. Ему одна заботушка -
Царю! направо слышится, Честных людей поддразнивать,
Налево отзывается: Пугать ребят и баб!
Попу! Попу! Попу! Никто его не видывал,
Весь лес переполошился, А слышать всякий слыхивал,
С летающими птицами, Без тела - а живет оно,
Зверями быстроногими Без языка - кричит!...
И гадами ползущими,
И стон, и рев, и гул!
Вопрос: Как объяснить явление - эхо?
Ответ. Явление эхо связано с отражением звука. Оно состоит в том, что звук от источника распространяется до преграды (препятствия) и отражаясь от него возвращается обратно. Звук, как в первом примере, может испытывать и несколько отражений.

13.По роману Николая Носова " Незнайка на Луне ".
Гусля взял флейту и начал насвистывать какие-то странные мелодии, которые теснились у него в голове. Чувствуя, что мелодии эти как бы ускользают от него и не даются в руки, он схватил лист бумаги, написал сверху: "Космическая симфония"- и стал покрывать бумагу нотным знаками ...
Вопрос. Найдите ошибку у автора. (дело происходило на поверхности Луны).
Ответ. Так как на Луне нет атмосферы, а следовательно нет среды, в которой мог бы распространятся звук, то мелодий Гусли услышать никто не мог.

14.По роману Николая Носова " Незнайка на Луне ".
Космонавты, оставшиеся в пещере, решили не терять время зря и принялись за добычу лунита и антилунита. Ледорубы и геологические молотки дружно застучали о скалы. Впрочем, никакого стука не было слышно, потому что звук, как это теперь уже всем известно, не распространяется в безвоздушной среде ...
Вопрос. А почему звук не распространяется на Луне?
Ответ. Звуковые волны - это волны, которые распространяются в упругой среде. А на Луне нет атмосферы и следовательно нет среды, в которой мог бы распространяться звук, но если бы космонавты приложили уши к скалам, то наверняка они слышали бы звуки геологических молотков.

По загадкам.
1.Молчуна перемолчит,
Крикуна перекричит.
( эхо)
Вопрос. Через какое время мы услышим эхо , если расстояние до отражающей поверхности 200 м ?
Ответ. Если считать скорость звука за 330 м/с, то мы услышим эхо через 1.17с.

2.Хоть хвали, хоть ругай,
А откликнусь - не пеняй.
( эхо)
Вопрос. Как объяснить явление эхо?
Ответ. Эхо - это результат отражения звуковых волн от препятствий.


3.В лесу выросло ,
Из лесу вынесли ,
На руках плачет ,
А на полу скачет .
( балалайка )
Вопрос. А как " плачет " балалайка ?

4.Не кошено,
Не рожено,
А на коленях плачет.
(гитара)
Вопрос. Основным тоном настройки гитары является тон "ля" первой октавы. Частота основного тона равна 440 Гц. Определите длину волны первой струны гитары .
Ответ. При скорости звука 340 м/с длина звуковой волны с частотой 440 Гц будет равна 0.77 м.

5.Само слов не знает,
А на всех языках разговаривает.
( эхо)
Вопрос. Мы услышали эхо через 1.5 с. На каком расстоянии оказалось препятствие?
Ответ. Расстояние до препятствия равно 255 м, если скорость звука принять за 340 м/с.

Информационный блок № 1
Схематичное строение уха.


Слуховой аппарат человека.
Характеристика
Частотный диапазон звуков, воспринимаемых ухом, ГцЧастотный диапазон речи, ГцЧастота звуковых колебаний, к которым наиболее чувствительно ухо, ГцРасстояние меду правым и левым ухом у взрослого человека, смФорма барабанной перепонкиМасса молоточка, мгМасса наковальни, мгМасса стремечка, мгПлощадь наружного отверстия слухового канала уха, см²Площадь барабанной перепонки, см ² 16-20 до 200001200-90001500-3000ок.18овальнаяок.23ок.25ок.30.3-0.50.1
Немного о звуках воспринимаемых ухом.
Частотный диапазон звуков, воспринимаемых ухом от 16 до 20000 Гц. Но у маленьких детей предел слышимости доходит до 22000 Гц, у стариков он понижается до 10000 Гц и ниже (старые люди, например, часто не слышат стрекотания кузнечиков, цикад, сверчков).

*-информация из учебников анатомии, физиологии, которые имеются в школьной библиотеке в данной работе не прилагается.

Экспериментальная задача, решение и обсуждение результатов. Работа в группах
Определение спектральных границ чувствительности человеческого уха.
Приборы и материалы. Аудиометр (звуковой генератор), наушники.
Задание: изучить спектральные характеристики звуковых колебаний, минимальную и максимальную частоту восприятия звуковых волн человеческим ухом.
Содержание и метод выполнения работы.
Ухо – необычайно чувствительный орган, благодаря чему мы в состоянии слышать звук на значительном расстоянии от его источника, даже если источник излучает небольшую энергию.
Порядок выполнения работы.
1. Наденьте наушники и включите звуковой генератор.
2. Подайте сигнал на правое ухо.
3. Увеличивая частоту от 0 Гц, зафиксируйте значение частоты, когда ухо воспринимает звук. Измерение повторите 3-4 раза.
4. Повторите измерения, уменьшая частоту от 40 Гц, зафиксируйте наименьшую частоту, при которой ухо воспринимает звук. Измерения повторите 3-4 раза.
5. Вычислите среднее значение минимальной частоты, при которой ухо воспринимает звук.
6. Повторите измерения для левого уха.
7. Подайте сигнал на левое ухо.
8. Увеличивая частоту от 19000 Гц, зафиксируйте значение максимальной частоты, когда ухо воспринимает звук. Измерение повторите 3-4 раза.
9. Повторите измерения, уменьшая частоту от 22000 Гц, зафиксируйте частоту, при которой ухо воспринимает звук. Измерения повторите 3-4 раза.
10. Повторите измерения для левого уха.
11. Результаты занесите в таблицу:
№ п/п Минимальная частота восприятия звука, Гц (левое ухо) Максимальная высота восприятия звука, Гц(левое ухо) Минимальная частота восприятия звука, Гц(правое ухо) Максимальная высота восприятия звука, Гц(правое ухо)
1
2
3

12. Сделайте вывод о диапазоне воспринимаемых частот человеческим ухом.

Информационный блок № 2
Музыкальные звуки составляют восемь октав: субконтроктава (ее граничные частоты 16-32.7 Гц); контроктава (обозначается С-1: 32 - 65.4 Гц); большая октава (обозначается С: 65.4 - 130.8 Гц); малая октава (обозначается с: 130.8 - 261.6 Гц); первая октава (обозначается с1: 261.6 - 523.2 Гц); вторая октава (обозначается с2: 523.2 - 1046 .6 Гц); третья октава (обозначается с3: 1046,6 - 2093.1 Гц); четвертая октава (обозначается с4: 2093.1 - 4184 Гц). Основным тоном музыкальной настройки считается тон "ля" первой октавы. Частота основного тона (нормального или стандартного тона равна 440 Гц).

Высота голоса певца зависит от длины и натяжения голосовых связок. У мужчин длина голосовых связок составляет 18 - 25 мм (бас - 25 мм, тенор 18 мм), у женщин 15 - 20 мм. Частотный диапазон, соответствующий басу у мужчин соответствует 80 - 350 Гц , баритон - 100- 400 Гц , тенор - 130 - 500 Гц .

Диапазон длин звуковых волн, соответствующих женскому голосу контральто равен 44 - 201 см, меццо-сопрано 38-171 см, сопрано 34-137 см, колоратурное сопрано 25 - 132 см.

Частотный диапазон голосов певцов и певиц (средние значения при температуре 20ºС)
Женский голос Частотный диапазон голоса, Гц Мужской голос Частотный диапазон голоса, Гц
КонтральтоМеццо-сопраноСопраноКолоратурное сопрано 170 –780200-900250-1000260-1400 БасБаритонТенор 80-350100-400130-500

О слышимости звуков в Северных районах и Антарктиде.
При сильном выхолаживании приземного воздуха в атмосфере могут возникать мощные температурные инверсии со скачком температуры 20ºС и более. Центральные районы Якутии занимают первое место в мире по количеству таких инверсий. Проходящие через атмосферу под большим наклоном звуковые лучи в слоях инверсии испытывают сильное преломление и возвращаются к земле, за счет фокусировки звуковых лучей температурной инверсией резко возрастает дальность слышимости звуковых сигналов. Р. Скотт в Антарктиде при штиле и температуре –60ºС слышал скрип снега под лыжами и удары ломов о лед с расстояния порядка 4-5 км. В Оймяконе лай собак, работа электропилы и широковещательные радиопередачи средней громкости на открытом воздухе в середине зимы хорошо слышны из ближайшего совхоза, находящегося в 2.5 км от места наблюдения.

Экспериментальная задача, решение и обсуждение результатов. Работа в группах
Снятие спектральной характеристики на пороге слышимости.
Приборы и материалы. Аудиометр (звуковой генератор), наушники.
Задание: изучить физиологические характеристики звуковых колебаний.
Содержание и метод выполнения работы.
Звук представляет собой колебания частотой от 16 Гц до 20кГц, распространяющиеся в упругой среде. Источником звука может быть колеблющееся тело, частота колебаний которого лежит в диапазоне звуковых частот.
Простой тон – это звуковое колебание, характеризующееся определенной частотой. Сложный тон можно разложить на простые, при этом тон наименьшей частоты называется основным, а остальные – обертонами.
Энергетической характеристикой звука является интенсивность. Нормальное человеческое ухо воспринимает очень широкий диапазон интенсивностей звука: так, например, на частоте 1 кГц от 10 пВт/м² (порог слышимости) до 10 Вт/м² (порог болевого ощущения). Для оценки интенсивности звука применяют шкалу уровней интенсивности. Уровень интенсивности выражают в белах (Б) или децибелах (дБ).
Метод измерения остроты слуха называют аудиометрией. При аудиометрии с помощью звукового генератора и наушников определяют порог восприятия L на разных частотах. Полученная зависимость порога восприятия L от частоты тона называется спектральной характеристикой уха на пороге слышимости или аудиограммой.
Порядок выполнения работы.
1. Наденьте наушники и включите звуковой генератор.
2. Подайте сигнал на правое ухо.
3. Установите частоту 100 Гц, и увеличивая интенсивность звука от минимального значения, зафиксируйте значение порога восприятия L1, при котором услышите звук. Измерение повторите 3-4 раза.
4. Не меняя частоты, установите уровень интенсивности на 20дБ выше полученного значения L2 и, уменьшая интенсивность, зафиксируйте наименьший уровень интенсивности, при котором звук еще слышен. Измерение повторите 3-4 раза.
5. Вычислите среднее значение порога восприятия Lср для данной частоты.
6. Аналогично определите L ср для частот 200 Гц,400 Гц,600 Гц, 1000 Гц, 1500 Гц, 2000 Гц, 3000 Гц, 5000 Гц, 10000 Гц.
7. Результаты занесите в таблицу.

№ п/п ν, Гц L1, дБ L2, дБ L ср, дБ
1 100
2
3
1 200
2
3
1 400
2
3
1 600
2
3
1 1000
2
3
1 1500
2
3
1 2000
2
3
1 3000
2
3
1 5000
2
3
1 10000
2
3

8. Повторите измерения для левого уха.
9. Постройте аудиограммы для правого и левого уха (зависимость порога восприятия L от частоты).
Сделайте вывод о зависимости порога восприятия от частоты для левого и правого уха.

Проверка знаний и умений. Работа в группах
Задачи для 1 группы
1.Голиаф - самая крупная лягушка, обитающая в Камеруне (Африка). Ее вес 3.5 кг, а длина тела 32 см. Самой маленькой лягушкой считается - чесночница с Сейшельских островов, длиной 1.8 -1.9 см. Крик лягушки-быка из Северной Америки слышен на расстоянии нескольких километров и похож на рев быка. Еще громче орет самец древесной лягушки - коки из Пуэрто-Рико. Будучи менее 5 см, он издает крик силой 108 Дб .
Задача. Какие условия соответствуют крику древесной лягушки по уровню звукового давления?
Ответ. Сирене пассажирского поезда – 110 Дб.

Из истории техники.
Создателей мультика про Винни Пуха не устраивал голос актера Евгения Леонова, который озвучивал мишку: низкий баритон.
Вопрос. Как удалось поправить дело?
Ответ. Фонограмму просто пустили на повышенной скорости – и Леонов заговорил тоном повыше.

Задачи для 2 группы
Шепот - это когда голосовые связки не при чем. У рыб они и ни при чем. Скрипят пузырями, жаберными крышками, скрежещут зубами, щелкают костяшками. А слышат как! Пескари звук камертона или свистка за 30 метров улавливают. А уши какие интересные! В черепе, позади глаз, есть пузырек с густой жидкостью, а в ней камешки плавают. Они - то и воспринимают колебания звуковых волн и через нервы передают сигнал мозгу.
Задача. Определите время, через которое пескари слышат звук от источника, если скорость звука в воде при температуре 25º С равна 1500 м/с.
Ответ.6.7 мс.

Слабые инфразвуки, с которыми каждый из нас ежедневно встречается, влияют на человека. Специалисты на основание многих фактов, наблюдений подозревают, что инфразвуки - одна из причин нервной усталости у городских жителей. И мы знаем, что в городах действительно больше инфразвуков.
Вопрос. Назовите источники инфразвука.
Ответ. Постоянный поставщик инфразвуковых волн - городской транспорт, многие производства

Задачи для 3 группы
Куры орловской породы очень крупны, красивы и несут много яиц. Самое же главное достоинство петухов - необычный голос. Звучный, бархатный, протяжный, без хрипоты. Голосистых петухов заводили у себя все любители петушиного пения. И вот что интересно: юрловскую птицу никогда не продавали за деньги , а только обменивали. Брали за них зерно, скот, муку. А ценились орловские петухи дорого - за хорошего голосистого петуха давали барана, а то и теленка. Петухи поют басом, баритоном и тенором. Каждый любитель, слушая их, выбирает себе по вкусу.
Задача. Частотный диапазон голосов соответствует: тенор 130 - 500 Гц, баритон 100-400 Гц, бас 80 - 350 Гц. Определите диапазон длин волн, соответствующий петушиному пению .
Ответ. Бас: 4.25-0.97 м, баритон:3.4-0.85 м, тенор: 2.6-0.68м.

Задачи для 4 группы
В России звонит самый большой колокол в мире - колокол Сысой, один из пятнадцати колоколов звонницы Ростова Великого Ярославской области. Его вес 32 тонны. Отлитый в 1688 году мастером Фролом Терентьевым, он вновь покоряет ростовчан и гостей города своим мощным бархатным звоном. В немецком городе Кельне особым звучанием отличается колокол Петер весом в 24 тонны, отлитый в 1923 году. Трудно сравнить звучание этих двух колоколов, поскольку они различаются по тембру, технике исполнения. Звон колоколов завораживает, не оставляет никого равнодушным. [9]
Задача. Как возникает звук при ударах в колокола? Что называется тембром? Какие характеристики звука вы еще знаете?
Ответ. Тембр звука – это окраска звука, зависящая от источника звука. Характеристиками звука являются также высота звука и громкость.

Чтобы представить себе мощь вулканических сил, стоит поразмыслить над таким фактом, Когда в 1815 году на острове Сумбава, в Индонезии, "заговорил" вулкан Тамбора, его "голос" был слышен по всей Яве, на Калимантане и в Новой Гвинее, в Австралии. На побережье Суматры, а это четыреста шестьдесят километров от вулкана, его извержение отдавалось пушечной канонадой.
Задача. Сколько времени звук шел до побережья Суматры? Скорость звука примите за 340 м/с.
Ответ. 22.5 мин

Задачи для 5 группы
Как общее правило, чем меньше насекомое, тем быстрее оно машет крыльями. У многих насекомых (у саранчи, стрекоз и др.) две пары крыльев. У других насекомых только (мухи, жуки) только одна пара крыльев. Скорость работы крыльев у разных насекомых различная. Так у крупных бабочек, например махаона число взмахов за 1 секунду равняется 5 , у саранчи - 18, у комнатной мухи - 120 , у пчелы 180 , у галлицы 700 - 1000 .
Задача. Какое из этих насекомых мы будем слышать?
Ответ. Звуки саранчи частотой 18 Гц, комнатной мухи частотой 120 Гц, пчелы частотой 180 Гц, галлицы частотой 700-1000Гц.

Биологи, изучавшие, как действует на психику инфразвук большой интенсивности, установили: иногда он рождает чувство беспричинного страха. Другие частоты вызывают состояние усталости, чувство тоски или же морскую болезнь с головокружением и рвотой. Профессор Гавро высказал предположение, что биологическое действие инфразвука проявляется тогда, когда частота волны совпадает с так называемым альфа - ритмом головного мозга.
Вопрос. Какие волны называются инфразвуком?
Ответ. Инфразвуком называют волны, частота которых меньше 20 Гц.

Задачи для 6 группы
В Югославии одно из мест близ Куршумлии долгое время считалось дьявольским. Каменные фигуры, созданные старанием ветра и влаги, по ночам издавали различные звуки, пугая суеверных людей, для которых эти звуки были не чем иным, как дьявольскими кознями. В Египте звучат по утрам, при восходе солнца, колонны - остатки древнего Карнакского храма.
Вопрос. Объясните происхождение звуков.
Ответ. Колонны сложены из очень пористого камня. Днем у нагретого горячим солнцем камня поры несколько увеличиваются в размерах и воздух проходит через них без задержки, и колонны молчат. Утренняя прохлада создает условия, при которых движение воздуха, в порах сопровождается звуком, напоминающим стон.

Одна из сцен в театре переносила зрителей в далекое тревожное прошлое. Какими техническими средствами лучше всего выразить этот момент? Известный американский физик предложил постановщику спектакля использовать очень низкие, рокочущие звуки, которые полагал ученый, и создают в зрительном зале обстановку ожидания чего - то необычного пугающего. Для получения "тревожного" звука Вуд сконструировал специальную трубу, которая присоединена к органу. И первая же репетиция испугала всех. Труба не издавала слышимых звуков, но когда органист нажимал на клавишу, в театре происходило необъяснимое: дребезжали оконные стекла, звенели хрустальные подвески канделябров. Хуже того - все, кто присутствовал в этот момент на сцене и в зрительном зале, почувствовали беспричинный страх! А виновником были неслышимые человеческим ухом инфразвуки!
Задача. Определите длину хрустальных подвесок канделябров, если в театре распространялись инфразвуки частотой 10Гц.
Ответ. 0.0025 м

Задачи повышенного уровня.

1.Одна летучая мышь в течение часа поглощает более 700 комаров. Ультразвуковые сигналы частотой 20 - 120 кГц и продолжительностью 0.2- 100 миллисекунд летучие мыши генерируют гортанью и испускают через рот или ноздри. На Сешельском архипелаге, который объединяет около 45 островов в Индийском океане, из млекопитающих водятся только летучие мыши.
Задача. На каком расстоянии летучая мышь может засечь насекомое или преграду? Скорость звука примите за 340 м/с. Определите длину волны, испускающую летучей мышью.
Ответ. 0.068-34 м, 0.017-0.0028 м.

2. Огромная масса воды Ниагары низвергается с высоты в 50 м и развивает при этом мощность примерно в 4 млн. лошадиных сил. На возбуждение акустических колебаний затрачивается менее 1% этой мощности. Шум Ниагары днем обычно слышен на расстоянии 1.6 – 2 км, ночью же дальность его слышимости может достигать 6-7 км. На расстоянии 57 м от места дробления воды шум Ниагары составляет 87 Дб, у самого же места дробления он настолько оглушителен, что люди буквально не слышат друг друга.
Задача. Сколько времени идет звук от Ниагары на расстоянии слышимости? С чем сопоставим звук Ниагары на расстоянии 57 м?
Ответ. Днем – 6 с, ночью примерно 20 с. Звук от Ниагары на расстоянии 57 метров сопоставим с работой двигателя автомобиля.

3. На острове Исландия находится известный вулкан Гекла. Первое известное людям извержение ее произошло в 1104 году. В дальнейшем вулкан просыпался еще более двадцати раз с интервалами от двадцати до ста двух лет. Последний раз это случилось в 1991 году. Находились очевидцы, которые утверждали, что уже на расстоянии одной мили от Геклы можно услышать крики грешников, плач и скрежет зубов, когда большие вороны гонят грешные души в эти адские врата. Когда в 1700 году двое натуралистов, прибывших в Исландию, хотели подняться на Геклу и исследовать ее кратер, они не смогли найти носильщиков: никто из местных жителей не желал добровольно отправиться в гости к дьяволу.
Задача. Может ли звук достигать таких расстояний? Сколько времени на это потребуется? Скорость звука примите за 340 м/с.
Ответ. 5.3 с.

Мы подводим итоги нашего урока. За 45 минут сложно изучить тему «Изучение слухового аппарата человека», но нами сделана попытка, объяснить некоторые аспекты этого явления. Впереди Вас ждут новые открытия. А для тех, кто хочет узнать еще больше, я предлагаю обратиться к литературе:
Литература.
1. Енохович А.С. Справочник по физике. М. Просвещение. 1990 г.
2. Кононович Э.В., Мороз В.И. Общий курс астрономии. М. УРСС. 2001 г.
3. Куликовский П.Г. Справочник любителя астрономии. М. УРСС. 2002 г.
4. Энциклопедии для детей. Аванта +. «Техника», «Астрономия», «Биология», «Человек».
5. Энциклопедии «Я познаю мир» М. Астрель 2003, 2004 гг.

Домашний и внеурочный эксперимент.
Опыт. Проверка музыкального слуха
При изучении звуковых колебаний можно с учащимися провести следующий интересный эксперимент. Шкалу стоящего на демонстрационном столе указателя частоты звукового генератора закрывают бумажным листом. Рядом на стол помещают камертон и предлагают одному из учеников (например, имеющему хороший музыкальный слух) ударить молоточком по камертону, а затем, услышав звук, воспроизвести такой же с помощью звукового генератора. Сняв бумагу со шкалы, проверяют, насколько соответствуют показания указателя частоте звука камертона.

Опыты. Передача упругих волн по хлопчатобумажной нити
В а р и а н т 1. На Руси издавна известна детская игрушка, в которой используется эффект передачи упругой волны по хлопчатобумажной нити. Составными частями этой игрушки являются пустой спичечный коробок, хлопчатобумажная нить длиной 2 – 3 м и деревянная шпулька от ниток (см. рис. 32). Нить привязывается к шпульке так, чтобы она свободно могла вращаться.
Другой конец нити пропускается
внутрь спичечного коробка через
небольшое отверстие и привязывается
к спичке. Игрушка готова. Играют в
с ней вдвоем. Один держит в руках
шпульку, а другой – спичечный
коробок. Место крепления нити к
шпульке чуть-чуть смачивают, нить натягивают. Если теперь понемногу вращать шпульку, то в коробке раздадутся хорошо слышимые щелчки. Этот эффект обусловлен следующими причинами. При вращении шпульки происходят зацепления ее с нитью и последующие соскальзывания. Нить начинает вибрировать. Волны, порожденные вибрациями, передаются по нити (упругой среде) к спичечному коробку, который служит резонаторным ящиком и “усиливает” колебания, происходящие в звуковом диапазоне.
Вопросы к учащимся: 1) Для чего необходимо смочить место соединения нити со шпулькой? 2) Изменятся ли звуковые ощущения, если спичечный коробок приоткрыть?










В а р и а н т 2. В дне пластмассового стакана шилом прокалывается небольшое отверстие, через которое продевается прочная нить длиной 1-1,5 м. К концу нити со стороны дна стакана привязывается спичка. Свободный конец нити остается внутри стакана. Теперь необходимо взять небольшой кусочек паралона, смоченного в воде. Паралон складывают пополам и зажимают в нем нить вблизи стакана. Затем одной рукой держат стакан, второй рукой перемещают паралон рывками по натянутой нити (рис. 33). Раздается достаточно громкий звук, напоминающий цыплячий писк.
Причиной этому служит то, что прерывистое движение паралона по нити вызывает ее колебания. Эти колебания достигают дна стакана, заставляя колебаться и его. Стакан передает часть своей энергии молекулам воздуха, который и переносит ее в виде звуковых колебаний. Форма стаканчика напоминает рупор. Эта форма позволяет сконцентрировать звуковые волны и посылать их в некотором определенном направлении [14, с. 244].

Опыт. Нитяной телефон
Изготовить нитяной телефон-игрушку можно следующим образом. Берутся два пустых
спичечных коробка и соединяются
нитью. Концы нити внутри коробков
привязываются к спичкам. Один из
коробков открыт со стороны одной
из меньших граней (см. рис. 34). Нить



натягивается. Первый из играющих
произносит какую-нибудь короткую фразу, держа около рта коробок с открытой гранью. Второй из играющих, приложив другой коробок к уху, пытается угадать произнесенную фразу.
Экспериментальные задания: 1) Как действует нитяной телефон? 2) Какова оптимальная длина нити для телефона-игрушки? 3) Как зависит частота звука на другом конце нити от ее натяжения и толщины? 4) Изменяется ли частота звука при передаче его по нитяному телефону?
Примечание: В книге Дж. Уокера “Физический фейерверк” имеется описание работы “веревочного телефона”, в котором вместо спичечных коробков используются две консервные банки .

Опыт. Почему поет хрустальный стакан (или бокал)? (Стеклянная гармоника)
“Почему винный бокал “поет”, если провести мокрым пальцем вдоль его края? Что именно вызывает звучание бокала и почему палец при этом должен быть влажным а не масляным? Что определяет частоту звука? Каковы колебания кромки бокала: поперечные или продольные? Наконец, почему пучности (максимумы) колебаний поверхности вина в бокале смещены вдоль кромки бокала на 450 от точки, в которой палец касается кромки?…
Палец возбуждает продольные колебания, распространяющиеся вдоль кромки. При этом возникают также поперечные колебания, перпендикулярные кромке. Последние вызывают движение жидкости. Пучности поперечных колебаний, а следовательно, и пучности колебаний жидкости, расположены в 450 от пучностей продольных колебаний. Так как в том месте, где палец касается кромки бокала, находится пучность продольных колебаний, пучность колебаний жидкости смещена от пальца вдоль кромки бокала на 450. “Стеклянная гармоника (более правильное название “армоника”) – очень интересный и красивый музыкальный инструмент, изобретенный в 1761 г. знаменитым американским ученым и государственным деятелем Б.Франклином (1756-1791). В наши дни гармоника почти неизвестна, но в свое время она была популярна настолько, что великий австрийский композитор Вольфганг Амадей Моцарт (1756-1791) написал квинтет для стеклянной гармоники, флейты, гобоя, скрипки и виолончели (1791).
Гармоника Франклина представляет собой набор стаканов разных размеров, укрепленных на оси. Под ось располагался резервуар с жидкостью, и, когда ось переворачивалась, ободки стаканов смачивались. Чтобы извлечь музыку, надо было провести по мокрому ободку стакана”
Опыт. Почему свистит бутылка?
...маленькая бутылка из-под лимонада: если подуть поперек ее горлышка, она начинает звучать. Здесь налицо не только препятствие на пути струи (край горлышка), но и полость, примыкающая к этому препятствию. К тому же типу свистков относятся флейты, органные трубы и т.д. Почему все эти устройства производят звук определенной частоты? Каким образом, зажимая пальцами отверстия флейты и изменяя давление воздуха вблизи препятствия, мы извлекаем разные звуки? Влияет ли диаметр горлышка бутылки на частоту издаваемого ею звука? А ее форма? Допустим, я частично заполню бутылку водой, определю ее резонансную частоту с помощью камертонов, а затем встряхну. Форма полости, конечно, изменится. А резонансная частота?
Бутылка из-под лимонада, свирель, флейта отличаются от свистков... тем, что в них вблизи отверстия или края, на которых образуются неустойчивости, находится резонирующая полость. Из набора частот, присутствующих в звуке, возникающем на краю препятствия или в отверстии, полость выделяет и усиливает резонансную частоту, которую мы и слышим.
Примечание: Теорию см.: Хайкин С.Э. Физические основы механики: Учебное пособие. 2-е изд.- М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1971, с. 735-738.

Опыт. Музыкальные бутылки
К двум шестам, укрепленным горизонтально на стульях, подвешиваются 16 бутылок с водой. В первой бутылке вода налита почти доверху; в каждой следующей – немного меньше воды, чем в предыдущей; в последней бутылке воды очень мало.
Ударяя по этим бутылкам сухой деревянной палочкой, вы будете извлекать из них тоны различной высоты. Чем меньше воды в бутылке, тем тон выше. Поэтому, прибавляя или отливая воду, вы сможете добиться, чтобы тоны составили музыкальную гамму.
Располагая двумя октавами, можно исполнять на этом бутылочном инструменте кое-какие несложные мелодии.

(по материалам С.М. Новикова «Опыты по физике с простым оборудованием», М, 1999г)