Подмосковные вечера (интегрированный урок физики и музыки) - МЕХАНИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ. ЗВУК - Поурочные разработки по программе А. В. Перышкина

Цели урока:

Познакомить учащихся с понятием «звук», характеристиками звука; научить различать звуки по громкости, тону, тембру; показать, как эти характеристики связаны с частотой и амплитудой колебаний; показать связь физики с музыкой.

Ход урока

I. Организационный момент

II. Изучение нового материала

Звучит музыка песни «Подмосковные вечера», исполняемая учителем музыки.

Учитель физики. Здравствуйте, ребята! Сегодня тема нашего урока звучит поэтически: «Подмосковные вечера». И это не случайно. Музыкальные звуки сопровождают нас на протяжении всей нашей жизни. Силу музыки, способной сплотить воедино мечты, стремления и помыслы человека, испытал на себе каждый из нас. Окружающих нас звуков много, но интересуют нас не все, а именно музыкальные звуки. Почему? Чем отличаются различные звуки? Что представляет собой звук? Как его можно получить? На все эти вопросы отвечает физика.

Откройте тетради и запишите тему урока, число. Запишите определение нового понятия «акустика».

Акустика - это раздел физики, занимающийся изучением звука, его свойствами, звуковыми явлениями.

Учитель музыки. Давайте посмотрим, а что же является источником звука. У вас на столах лежат музыкальные инструменты. Покажите, как они звучат, (дети исполняют несколько тактов на гитаре, домбре, бубне, треугольнике, шумовых инструментах). А вы ребята (обращается к классу) внимательно посмотрите на эти инструменты. Но источником звука может быть человеческий голос.

Ученик исполняет песню.

Учитель физики. Мы прослушали концерт, а теперь подведем итоги. Что же являлось источником звука в каждом случае?

- Голосовые связки;

- Металлические тарелочки;

- Железный треугольник;

- Струны гитары и домбры.

Учитель физики. Действительно в каждом случае источником являлось колебание: струны, мембраны, шариков, камертона. Однако не все колеблющиеся тела являются источником звука. Убедимся в этом.

Опыт 1

Зажмем упругую стальную линейку в слесарные тиски. Отведем верхний конец линейки в сторону и отпустим. Пластина колеблется, но звук мы не слышим.

Вывод: не всякое колеблющееся тело является источником звука.

Опыт 2

Уменьшим длину стальной линейки, замечаем, что она начинает издавать звук, потому что колебания учащаются. Образование звука происходит тогда, когда линейка совершает 20 колебаний в 1 с времени, называют частотой.

Распространение звука можно сравнить с распространением волны в воде. Только роль брошенного в воду камня играет колеблющееся тело, а вместо поверхности воды звуковые волны распространяются в воздухе. Каждое колебание ветви камертона создаст в воздухе одно сгущение и одно разряжение. Чередование таких сгущений и разряжений и есть звуковая волна.

Опыт 3

На столе в ряд поставлены на узкие грани кости домино. Падающие вдоль ряда, они напоминают распространение звуковой волны.

Мы охотно слушаем музыку, пение птиц, приятный человеческий голос. Напротив, тарахтение телеги, визг пилы, мощные удары молота нам неприятны и нередко раздражают и утомляют.

Учитель музыки. Вспомним песни, где бы тоже говорилось о звуковых явлениях (шуме, звоне, шепоте, пении).

Дети слушают фонограмму песни, угадывают название и исполняют ее. Звучат фонограммы песен: «Подмосковные вечера», «Вечерний звон», «Позвони мне, позвони», «Одинокая гармонь» и др.

Учитель физики. Таким образом, по действию, производимому на нас, все звуки делятся на две группы: музыкальные звуки и шумы. Чем они отличаются друг от друга?

Установить различие между музыкой и шумом довольно трудно, так как- то, что может казаться музыкой для одного, может быть просто шумом для другого. Некоторые считают оперу совершенно не музыкальной, а другие на оборот, видят предел совершенства в музыке. Ржание коней или скрип нагруженного лесом вагона может быть шумом для большинства людей, но музыкой для лесопромышленника. Любящим родителям крик новорожденного ребенка может казаться музыкой, для других такие звуки представляют просто шум.

Однако большинство людей согласится с тем, что звуки, идущие от колеблющихся струн, язычков, камертона и вибрирующих голосовых связок певца, музыкальные. Но если так, то, что же существенно в возбуждение музыкального звука или тона?

Наш опыт показывает, что для музыкального звука существенно, чтобы колебания происходили через равные промежутки времени. Колебания струн, камертонов т. д. имеют такой характер; колебания поездов, вагонов с лесом и т. д. происходят через неправильные, неравномерные промежутки времени, и производимые ими звуки представляют только шум.

Учитель физики. В повседневной жизни мы имеем дело, чаще всего, со звуком, распространяющимся в воздухе. Однако он может распространяться и в других средах: в воде, земле, металлах. Скорость звука в этих средах больше скорости звука в воздухе. Вот как описывает в своем произведении «Борьба за огонь» писатель Ж. Рони - младший охоту. Как ведет себя один из охотников, когда узнает о приближении зверя?

Учитель зачитывает отрывок из произведения:

Воины из племени Уламров, запутав свои следы, спасаются от пещерного льва.

«Уламры бесшумно побежали. Рев следовал за ними по пятам, отрывистый, злобный, полный ярости и нетерпения. Люди поняли, что хищник запутался в их следах. Сердца их колотились с неистовой силой, кровь стучала в висках, словно клюв дятла, долбящего кору сухого дуба... Страшный рев снова потряс воздух.

- Большой лев переплыл реку, - шепнул Гав.

- Идите вперед! - повелительно ответил Нао.

Он остановился и, опустившись на колени, припал ухом к земле. Рев повторился.

- Большой лев все еще на том берегу, — облегченно вздохнув, сказал Нао, поднимаясь на ноги.

Действительно, рыкание постепенно становилось тише. Хищник, видимо, отказался от преследования и удалился к северу».

- Для чего Нао припал ухом к земле?

- Назовите приемники звука.

Вывод: Звук быстрее распространяется в твердом теле (земле), чем в воздухе. Уши человека в данном случае являются приемником звука.

Учитель физики. Микрофон - это прибор, преобразующий звуковые колебания в колебания электрического тока. Для наблюдения этих колебаний создан прибор осциллограф.

Класс наблюдает осциллограмму, учитель музыки исполняет в микрофон песню.

В физических и технических лабораториях для получения звука нужной частоты колебаний применяют специальные приборы - звуковые генераторы.

Опыт 4

Включаем генератор звуковой частоты, меняем громкость звука и частоту. Наблюдаем за кривой на экране осциллографа.

Определение: максимальное отклонение кривой от положения равновесия называется амплитудой колебаний.

Учитель физики. Музыкальные звуки издают различные музыкальные инструменты. Источники звука в них разные, поэтому музыкальные инструменты делятся на несколько групп:

1. Ударные - бубны, барабаны, ксилофоны т. д. (здесь колеблются от удара палочки или руки натянутый материал, металлические пластинки и т. д.);

2. Клавишные - пианино, клавесины (колебания струн вызывается здесь ударом по ним молоточков);

3. Духовые - флейты, горны и фанфары, кларнеты, валторны, трубы (колебания столба воздуха внутри инструмента);

4. Струнные - скрипка, гитара и т. д.

Учитель музыки сопровождает рассказ демонстрацией музыкальных инструментов.

Такое деление часто условно. Например, орган - это целая фабрика звуков. Еще в прошлом веке на нем, как на настоящей фабрике трудились рабочие. Надрываясь и обливаясь потом. Вручную качали тяжелые мехи. Только в двадцатом веке людей заменили электромоторы, а на смену мехам мощные вентиляторы. Орган по праву назывался царем оркестра. А рояль признается его королем. Арфу называют царицей, скрипку - принцессой. Но правильней оркестр считать «республикой», где каждый «гражданин» пользуется правом голоса и каждый представляет собой неповторимую индивидуальность.

Чем же отличаются друг от друга звуки разных инструментов? Для характеристики звука существуют три важных понятия:

Громкость

Громкость звука. Она определяется действием звука на орган слуха, ее трудно оценить объективно. В физике пользуется понятием, которое можно измерять - интенсивность звука, которая зависит от амплитуды колебаний и от площади тела, совершающего колебания.

Опыт 5

Наблюдение и сравнение осциллограмм звука камертона, дающий тихий и громкий звук.

Учитель физики. Обратите внимание, как меняется амплитуда колебаний.

Она увеличивается при увеличении громкости и уменьшается при уменьшении громкости. А теперь этот же опыт повторим со звуковым генератором.

Опыт 6

Уменьшаем громкость звукового генератора, амплитуда колебаний маленькая. Увеличиваем громкость, не меняя частоты, амплитуда увеличивается.

Вывод: громкость звука определяется амплитудой колебаний.

Хотя амплитуда колебаний источника звука может быть велика, амплитуда частиц передающей среды, воздуха, очень мала (за исключением частиц, находящихся очень близко к источнику, амплитуды которых очень близки к амплитудам самого источника). Ухо чувствительно к амплитудам колебания воздуха порядка одной миллиардной сантиметра и к еще меньшим амплитудам колебаний частиц жидкостей и твердых тел. Колебаний частиц воздуха с амплитудой в одну сотую сантиметра создают такой громкий звук, который способен нанести повреждения уху.

На практике часто звук измеряют в децибелах (дБ). Вот примеры громких различных звуков на расстоянии в несколько метров от источника звука: шелест листьев -10 дБ, громкий разговор - 70 дБ, пылесос - 50 дБ. От звучащего музыкального инструмента волна распространяется во все стороны, и на расстоянии от него громкость звука, естественно, уменьшается. Для усиления звука служат корпусы инструментов.

Тон

Второе важное для звука понятие - высота тона. В физике она характеризуется чистотой колебаний.

Опыт 7

Демонстрация действия звукового генератора; прослушивание звуков различных частот.

Учитель физики. По внешнему виду осциллограммы мы видим, что чем больше частота, тем выше тон звучания, чем меньше частота, тем тон ниже.

Вывод: тон определяется частотой.

Самый низкий из слышимых человеком музыкальных звуков имеет частоту 16 колебаний в секунду. Он извлекается органом. Но принимается не часто - слишком уж басовит. Разобрать и понять его трудно.

Зато 27 колебаний в секунду - той, вполне ясный для уха, хоть тоже редкий. Вы услышите его, нажав крайнюю клавишу рояля. (Учитель музыки демонстрирует.)

Следующий любопытный тон - 44 колебания в секунду, абсолютно «нижний» рекорд мужского баса, поставленным в восемнадцатом веке певцом Каспаром Феспером.

Поднимаемся дальше. Вот 80 колебаний в секунду - обыкновенная нижняя нота хорошего баса и инструментов. Удвоив число колебаний (повысив звук на октаву), приходим к тону, доступному виолончелям, альтам. Здесь отлично себя чувствуют и басы, и баритоны, и тенора, и женские контральто.

А еще октава вверх - и мы попадем в тот участок диапазона, который буквально «кишит» музыкой. Тут работают почти все голоса и музыкальные инструменты. Недаром именно в этом районе акустика закрепила всеобщий эталон высоты тона-440 колебаний в секунду («ля» первой октавы).

Вплоть до 1000-1200 колебаний в секунду звуковой диапазон полон музыкой. Эти звуки самые слышные. Выше следуют мало населенные «этажи». Легко взбираются на них лишь скрипки, флейты да такие универсалы, как орган, рояль, арфа. И полновластными хозяйками вступают здесь звонкие сопрано.

А с 16000-20000 колебаний в секунду начинается недоступный уху человека сверхвысокий ультразвук. Профессий у него масса. Он сверлит камень, счищает ржавчину, измельчает материалы, стирает белье, измеряет глубину рек и морей, лучше рентгена просвечивает тело. И все это делает молча.

Учитель музыки. Звук одинаковой частоты и громкости на различных инструментах звучит различно. Одна и та же нота, взятая разными певцами, звучит иначе. В мире создано много скрипок, и все они звучат по-разному. Особенно красивые звуки издают скрипки итальянских мастеров Страдивари и Гварнери. Эти скрипки не превзойдены по окраске звучания. Качество звука, связанное с «окраской», получило название - тембр. Запишите в тетрадях третью характеристику звука.

Учитель физики. Получить чистый звук со строго определенной частотой колебаний, даже при полном отсутствии посторонних шумов, очень трудно, и вот почему. Любое колеблющееся тело издает не только один основной звук. Его постоянно сопровождают звуки других частот. Эти «спутники» всегда выше основного звука и называются, поэтому обертонами, т. е. верхними тонами. Однако не стоит огорчаться существованием этих «спутников». Именно они - то и помогают нам определить звук одного инструмента от другого и голоса различных людей, если даже они равны по высоте. Каждому звуку обертоны предают своеобразную окраску, или, как говорят, тембр. И если основной звук сопровождается близкими ему по высоте обертонами, то сам звук кажется нам мягким, «бархатным». Когда же обертоны значительно выше основного тона, мы говорим о неприятном «металлическом» голосе или звуке.

Множеством различных тембров обладает орган. (Учитель музыки показывает фотографию органа.) Диапазон органа превышает диапазон всех инструментов оркестра, вместе взятых. В современных органах он простирается от «до» субконтролоктавы до «до» шестой, а иногда и до седьмой октавы. Орган Домского собора в Риге имеет 127 регистров, 4 мануала, 6768 труб; длинна его самой большой трубы – 10 м, самой маленькой - 13 мм.

И когда слушаешь большой орган, невольно встают в памяти прекрасные стихи Бориса Пастернака:

Орган отливал серебром,

Немой, как в руках ювелира,

А издали слышался гром,

Катившийся из - за полмира.

Покоилась люстр тишина,

И в зареве их бездыханном

Играл не орган, а стена,

Украшенная органом.

Ворочая балки, как слон,

И, освобождаясь от бревен,

Хорал выходил, как Самсон,

Из кладки, где был замурован.

III. Закрепление. Итоги урока

Учитель физики. Сегодня на уроке мы познакомились с понятием звука, его характеристиками.

- Что же может быть источником звука?

- Какие характеристики звука вы узнали?

- Какие физические величины определяют эти характеристики?

Учитель выставляет оценки за урок, комментируя их.

Домашнее задание

§§ 37, 38; упражнения 31, 32 (1, 2).