Звук. Громкость и высота звука
Опорный конспект по физике в 9 классе по темам «Звук. Громкость и высота звука. Отражение звука. Инфразвук и ультразвук». Вернуться к Списку конспектов по физике
Проверяемые элементы содержания (ПЭС):
👉 ФОП ООО: 9.5. Звук. Громкость и высота звука. Отражение звука. 9.6. Инфразвук и ультразвук.
👉 ОГЭ: 1.28 Звук. Громкость и высота звука. Отражение звуковой волны на границе двух сред. Инфразвук и ультразвук
Завершающая тема раздела «Механические колебания и волны» — Звук. Мы переходим от абстрактных волн к тому, что мы слышим каждый день. Это самая «живая» и прикладная часть физики 9 класса. Разберемся, как рождается звук, почему в горах эхо, а в концертном зале — реверберация, и как ультразвук помогает врачам заглянуть внутрь организма.
Звуковые колебания. Источники звука
Что такое звук с точки зрения физики? Это механические колебания, которые распространяются в упругой среде (воздухе, воде, металле) и воспринимаются нашим ухом.
📌 Звук — это упругие волны, вызывающие у человека слуховые ощущения.
Диапазон слышимости человеческого уха:
От 16 Гц до 20 000 Гц (20 кГц).
- Всё, что ниже 16 Гц — инфразвук.
- Всё, что выше 20 000 Гц — ультразвук.
Источники звука: Любое колеблющееся тело — струна гитары, голосовые связки, мембрана динамика, камертон.
Распространение звука. Звуковые волны
Звук — это продольная волна (в газах и жидкостях). Частицы среды колеблются вдоль направления распространения, создавая области сгущения и разрежения.
📌 Звук НЕ распространяется в вакууме! (Потому что нет частиц, которые могли бы передавать колебания).
Почему в космосе «никто не услышит твой крик»? — именно поэтому.
Скорость звука (От чего зависит?)
Скорость звука в разных средах разная.
| Среда | Скорость звука (м/с) | Почему? |
| Воздух (0°C) | 330 м/с | Самая маленькая. Молекулы далеко друг от друга. |
| Воздух (20°C) | 340 м/с | При нагреве молекулы быстрее передают колебания. |
| Вода | ≈ 1500 м/с | Молекулы воды расположены плотнее, колебания передаются быстрее. |
| Металлы (сталь) | ≈ 5000 м/с | Очень плотная кристаллическая решётка — скорость максимальна. |
От чего зависит скорость звука:
1. От плотности и упругости среды. Чем плотнее среда, тем выше скорость (в металлах быстрее, чем в воздухе).
2. От температуры. Чем выше температура газа, тем выше скорость звука (\( v \approx 331 + 0,6t \) (формула для воздуха).
Пример из жизни: Мы видим вспышку молнии почти мгновенно (скорость света \( 3 \cdot 10^8 \) м/с), а гром слышим с задержкой — потому что звук летит со скоростью 330 м/с.
Интерференция и дифракция звуковых волн
Звук — это волна, поэтому для него работают все волновые эффекты.
📌 Интерференция звука: В концертных залах звук от разных источников может накладываться, создавая «узоры» громкости (в одних точках — усиление, в других — ослабление).
📌 Дифракция звука: Звук огибает препятствия. Мы слышим разговор за углом дома, потому что звуковая волна (длиной от 1 см до 10 м) огибает препятствия, сравнимые с её длиной. Именно поэтому мы слышим звук из-за угла, но не видим свет за ним (длина световой волны в миллион раз меньше).
Отражение и поглощение звука. Эхо. Реверберация
Отражение звука:
- Звуковая волна отражается от твердых поверхностей (стен, скал, дна моря).
📌 Эхо — это звук, отражённый от препятствия и возвращающийся к наблюдателю. - Чтобы услышать эхо, нужно, чтобы между прямым и отражённым звуком было расстояние не менее 17 м (чтобы задержка была больше 0,1 с, и ухо не сливало звуки).
📌 Реверберация — это многократное отражение звука от стен внутри закрытого помещения (эффект «гулкости»). - В пустом зале реверберация большая (звук долго затухает). В зале с коврами и шторами — маленькая (звук поглощается).
Громкость звука. Высота звука. Тон. Тембр
Эти характеристики отвечают на вопрос: «Как мы различаем звуки?»
| Характеристика | Физическая величина | От чего зависит? | Пример |
| Громкость | Амплитуда колебаний (А) | Чем больше амплитуда, тем громче звук. | Тихий шёпот (\( A \) мало) — громкий крик (\( A \) велико). |
| Высота | Частота колебаний (\( \nu \)) | Чем выше частота, тем выше тон. | Басистый голос (низкая частота) — звонкий голос (высокая частота). |
| Тембр | Форма колебаний (спектр) | Зависит от обертонов (дополнительных частот). | Отличает голос рояля от голоса скрипки, даже если нота одна и та же. |
Акустический резонанс. Резонаторы
📌 Акустический резонанс — это резкое возрастание амплитуды звуковых колебаний, когда частота внешнего источника совпадает с собственной частотой колебаний тела.
Резонатор — устройство, усиливающее звук за счёт резонанса.
• Примеры: Корпус гитары (струна + корпус); голосовой аппарат человека (гортань, грудная клетка — это резонаторы, придающие уникальный тембр голосу).
Резонаторы голоса: Воздух в лёгких колеблется, проходя через голосовые связки, а грудная клетка и пазухи черепа работают как резонаторы, усиливая и окрашивая звук.
Инфразвук и ультразвук
| Характеристика | Инфразвук | Ультразвук |
| Частота | < 16 Гц | > 20 000 Гц |
| Восприятие человеком | Не слышим. | Не слышим. |
| Источники в природе | Землетрясения, штормы, движение тектонических плит, рычание слонов. | Дельфины, летучие мыши, стрекозы. |
| Влияние на человека | Может вызывать тревогу, головную боль, укачивание. | Безопасен на малых мощностях. |
| Применение в технике | Предсказание землетрясений, инфразвуковые сигналы для отпугивания птиц. | Эхолокация, УЗИ-диагностика, дефектоскопия, очистка деталей. |
Эхолокация (Как летучие мыши видят в темноте)
📌 Эхолокация — это метод определения расположения объектов по времени возвращения отражённой звуковой волны (эха).
Принцип:
1. Летучая мышь издаёт ультразвуковой импульс.
2. Волна отражается от препятствия (ветка, насекомое) и возвращается.
3. По времени задержки мышь определяет расстояние до объекта.
Применение человеком:
• Сонары на кораблях (излучают звук и по эху определяют глубину и рельеф дна).
• Эхолоты для рыбаков.
• Ультразвуковая дефектоскопия — для поиска трещин в металле (излучают ультразвук и по отражению находят дефекты).
Ультразвук в медицине (УЗИ)
Это самое известное применение ультразвука.
Как работает УЗИ:
1. Датчик посылает в тело пациента короткие ультразвуковые импульсы.
2. Волны проходят через ткани, отражаются от границ органов (плотность тканей меняется) и возвращаются обратно.
3. Компьютер анализирует время задержки и интенсивность отражённого сигнала и строит изображение.
Почему ультразвук, а не рентген? Ультразвук безопасен для человека (не ионизирующее излучение), поэтому его используют даже для обследования беременных женщин.
Решение типовых задач
ЗАДАЧА №1 (Скорость звука и время)
Условие: Расстояние до скалы 340 м. Через какое время человек услышит эхо после крика? (Скорость звука \( v = 340 \, м/с \)).
Дано:
\( S = 340 \, м \)
\( v = 340 \, м/с \)
Решение:
Звук должен дойти до скалы и вернуться обратно. Общий путь \( 2S = 680 \, м \).
\( t = \frac{2S}{v} = \frac{680}{340} = 2 \, с \).
Ответ: \( 2 \, с \).
ЗАДАЧА №2 (Длина звуковой волны)
Условие: Человек слышит звук с частотой 500 Гц. Скорость звука в воздухе \( 340 \, м/с \). Найдите длину волны.
Дано:
\( \nu = 500 \, Гц \)
\( v = 340 \, м/с \)
Решение:
\( \lambda = \frac{v}{\nu} = \frac{340}{500} = 0,68 \, м \).
Ответ: \( 0,68 \, м \) (68 см).
ЗАДАЧА №3 (Ультразвук — эхолокация)
Условие: Подводная лодка излучает ультразвуковой импульс, который отражается от дна и возвращается через 0,8 секунды. Скорость звука в воде \( 1500 \, м/с \). Какова глубина моря?
Дано:
\( t = 0,8 \, с \)
\( v = 1500 \, м/с \)
Решение:
Звук прошёл путь «туда и обратно» \( 2h \).
\( 2h = v \cdot t \Rightarrow h = \frac{v \cdot t}{2} = \frac{1500 \cdot 0,8}{2} = \frac{1200}{2} = 600 \, м \).
Ответ: \( 600 \, м \).
Шпаргалка Звук и ультразвук
| Понятие | Формула / Значение |
| Скорость звука в воздухе (20°C) | \( v \approx 340 \, м/с \) |
| Диапазон слышимости | \( 16 \, Гц \) — \( 20\,000 \, Гц \) |
| Инфразвук | \( \nu < 16 \, Гц \) |
| Ультразвук | \( \nu > 20\,000 \, Гц \) |
| Длина волны | \( \lambda = \frac{v}{\nu} \) |
| Эхо (расстояние) | \( S = \frac{v \cdot t}{2} \) (туда-обратно) |
| Громкость | Зависит от амплитуды (А). |
| Высота звука | Зависит от частоты (\( \nu \)). |
| Тембр | Зависит от обертонов. |
(с) Ниже в учебных целях использованы схемы из учебного пособия «Физикa в таблицaх и схeмах: Все темы школьной программы. 7—11 классы. — СПб.: Издательский Дом «Литeрa», 2023», автор: Янчeвскaя О. В.
Конспект урока «Звук. Громкость и высота звука». Выберите дальнейшее действие:
- Вернуться к Списку конспектов по физике для 7-11 классов
- Найти конспект через Кодификатор ОГЭ по физике
- Найти конспект через Кодификатор ЕГЭ по физике
- «ЗАДАЧИ на механические колебания с решениями»
- «ЗАДАЧИ на механические волны с решениями»
