Распространение звуковых волн в газах

Содержание урока

І. Орг. Момент.

ІІ. Актуализация опорных знаний. Проверка Д/з.

Фронтальный опрос. Написать в ответах

Что называется волной?   

Приведите примеры волновых явлений.

Какие волны называют поперечными?

Какие волны называют продольными?

Что такое период, частота, длина волны, скорость волны? Какая связь между ними существует?

Решение задач. А.Е. Марон Сборник вопросов и задач 7-9: № 1848, 1849, 1853.

 

ІІІ. Изучение нового материала.

Мотивация. Послушайте стихотворение:

Еду. Тихо. Слышны звоны

Под копытом на снегу.

Только серые вороны

Расшумелись на лугу.

О чём это стихотворение?

Мир звуков так многообразен,
Богат, красив, разнообразен,
Но всех нас мучает вопрос

Откуда звуки возникают,

что слух наш всюду услаждают?

Пора задуматься всерьез.

Звуковые колебания.

Часто ли вы сталкиваетесь со звуковыми явлениями?.. Да, очень часто. Так часто, что даже и не замечаем многие звуки вокруг. Есть люди, которые не слышат ничего с рождения, а некоторые теряют слух в результате болезни. Мы познакомимся с источниками звука, с наукой, изучающей звуковые явления.

Когда тело совершает колебания в воздухе, оно оказывает влияние на частицы вещества. Частицы воздуха смещаются от тех положений, в которых они находились ранее. Колеблющееся тело сжимает ближайший к нему слой, этот слой оказывает давление на следующий и т.д. Шарик, подвешенный на нити, колеблется, но не звучит. Значит, не все колебания в природе являются звуковыми. Человеческое ухо способно воспринимать упругие волны с частотой от 16 до 20000 Гц. Колебания с частотой от 16 до 20 000 Гц называют звуковыми.

Раздел физики, в котором изучаются звуковые явления, называется акустикой.

Источники звука.

Услышав какой-то звук, мы обычно можем установить, что он дошёл до нас от какого-то источника. Рассматривая этот источник, мы всегда найдём в нём что-то колеблющееся. Если, например, звук исходит от репродуктора, то в нём колеблется мембрана – лёгкий бумажный диск, закреплённый по его окружности. Если звук издаёт музыкальный инструмент, то источник звука – колеблющаяся струна или колеблющийся столб воздуха.

Общим для всех звуков является то, что порождающие их тела, т.е.источники звука, колеблются.

В этом можно убедиться на простых опытах:

1. Металлическая линейка.

2. Камертон с шариком. Камертон – изогнутый металлический стержень на ножке.

3. Струна.

Различные опыты свидетельствуют о том, что любой источник звука обязательно колеблется (хотя чаще всего эти колебания незаметны для глаза).

Что является источником звуковых колебаний?

Можно ли утверждать, что всякое звучащее тело, колеблется?

Звучит ли всякое колеблющееся тело?

Источники звука бывают естественные и искусственные.

1. Пролетая мимо уха,

Он жужжит мне: «Я не муха». (Жук).

2. Голос тонок,

Нос долог,

Кто его убьет,

Тот кровь свою прольет.

(Комар).

3. Маленькая певунья в лесу живет,

Перышки чистит,

Голосисто поет. (Птичка).

4. Ходит взад и вперед,

Никогда не устает.

Всем кто придет,

Она руку подает. (Дверь).

5. Два братца

В одно донце стучатся.

Но не просто бьют-

Вместе песню поют.

(Барабан).

6. Пастись корову на лужок

Отправилась хозяйка,

Повесив маленький звонок.

Что это? Отгадай-ка!

(Колокольчик).

6. На треугольник деревянный

Натянули три струны,

В руки взяли, заиграли-

Ноги сами в пляс пошли.

(Балалайка).

8. Аппарат небольшой,

Но удивительный такой.

Если друг мой далеко,

Говорить мне с ним легко. (Телефон).

Ультразвук и инфразвук.

Звук 20-20000Гц, ультразвук от 20000 - 10⁹ Гц, инфразвук от 20Гц и ниже, гиперзвук - 10⁹-10¹³ Гц.

Звуковые волны.

Но как звук доходит до нас? Слышим звуки мы органом слуха - ухом. Между источником звука и ухом, воспринимающим звук, находится какая-то среда, чаще всего воздух. Именно в этой среде распространяются колебания от источника звука, но распространяющие колебания - это волна.

Следовательно, звук распространяется в виде волны, звуковой волны.

Какая эта волна? Т.к.распространяется в воздухе - продольная. Наличие какой-то среды для передачи звука обязательно. Если откачать воздух из-под колокола воздушного насоса, то мы не услышим звучания находящегося там электрического звонка. На Луне из-за отсутствия атмосферы полная тишина.

Звук может распространяться также в жидкой и твёрдой среде

Хорошо проводят звук металлы, дерево, газы, жидкости, земля. Мягкие и пористые тела - плохо проводят звук. Когда часы или телефон лежат в кармане или в сумочке - они окружены мягкой тканью и мы не слышим их. Чтобы защитить помещение от посторонних звуков, их покрывают прослойками из материалов, плохо проводящих звук (войлок, ковры, опилки, пористые камни).

Звуковые колебания, дойдя до таких прослоек, затухают в них. Энергия колебательного движения превращается во внутреннюю энергию- тела нагреваются.

Если звук – это волна, распространяющаяся в воздухе, то он должен возникать всякий раз, когда частицы воздуха приходят в колебательное движение. Размахивание руками, колеблющий шарик на нити – не издают звук, частицы воздуха совершают колебание, волна при этом возникает. Объясняется это тем, что ощущение звука создаётся только при определённых частотах. Опыты показали, что для органа слуха человека звуковыми являются только такие волны, в которых колебания происходят от 20 до 20000 Гц. Размахивать руками 20 и более раз в секунду никто не может!

Скорость звука.

Распространение звуковых волн в газах.

Наименее плотной средой является газ. Поэтому скорость звуковых волн в нем небольшая. Причем волны в газе затухают достаточно быстро.

В воздухе скорость звука впервые была измерена в 1636 году французом М. Марсенном. При температуре 20⁰С она составила 343 м/с.

Скорость звука зависит от температуры среды: с увеличением температуры воздуха она возрастает. Конечно, в рамках небольшого изменения температуры скорость меняется незначительно. Например, для воздуха при t=20^оС скорость звука равна 334 м/с, а при t=0^оС она равна 331 м/с. На качественном уровне этот факт можно объяснить тем, что при низких температурах скорость молекул газ меньше и процесс переноса колебательного процесса молекул также уменьшается.

В разных газах скорость звука различна: чем больше масса молекул газа, тем меньше скорость звука (в водороде – 1284 м/с, в кислороде – 316 м/с).