SCENARIUSZ ZAJĘĆ. Metody kształcenia (wg W. Okonia): dyskusja, eksperyment pokazowy, wykład

Transkrypt

1 Katarzyna Budzanowska SCENARIUSZ ZAJĘĆ Typ szkoły: ponadgimnazjalna Etap kształcenia: IV Rodzaj zajęć: lekcje fizyki Temat zajęć: Aby zagrać tak jak Chopin Cechy fal dźwiękowych Cele kształcenia: 1. Cel ogólny: zapoznanie z cechami fal akustycznych. 2. Cele szczegółowe: Uczeń: wie, co to jest fala dźwiękowa, ultradźwięki i infradźwięki, natężenie, wysokość, barwa dźwięku, ton, dźwięk, zna pojęcia: interwał, oktawa, półton, zna cechy fali dźwiękowej, oblicza częstotliwość tonów, klasyfikuje fale akustyczne ze względu na częstotliwość, umie określać jakościowo zależność prędkości dźwięku od rodzaju środowiska, wie, co to jest hałas, wie, z jaką prędkością dźwięk rozchodzi się w powietrzu, oblicza wielkości charakterystyczne dla ruchu falowego. Metody kształcenia (wg W. Okonia): dyskusja, eksperyment pokazowy, wykład Środki dydaktyczne i materiały pomocnicze: magnetofon, płyta z nagranym utworem Chopina oraz pojedynczymi dźwiękami (głośnymi i cichymi) instrumentu klawiszowego (fortepian lub pianino), kamerton, mała styropianowa kuleczka zawieszona na nici, wahadło matematyczne, skrzypce, karty pracy Formy pracy: praca zbiorowa, praca indywidualna, praca w grupach 1

2 Przebieg zajęć Uwagi wstępne Scenariusz jest tak skonstruowany, aby mógł być zrealizowany podczas dwóch jednostek lekcyjnych. W czasie zajęć uczniom towarzyszy wybrana przez nauczyciela muzyka Fryderyka Chopina (w różnych momentach jednostki lekcyjnej). I. Wprowadzenie 1. Wysłuchanie fragmentu wybranego utworu Fryderyka Chopina i ustalenie autorstwa. 2. Krótkie przypomnienie wiadomości o falach mechanicznych z uwzględnieniem odpowiedzi na pytania: Na czym polega rozchodzenie się fal w ośrodkach sprężystych? Jak dzielimy fale ze względu na kierunek ruchu cząsteczek względem kierunku rozchodzenia się fali? Co to jest długość fali? 3. Przedstawienie tematyki lekcji. Zajmowaliśmy się właściwościami fal mechanicznych. Teraz uczniowie poznają cechy fal podłużnych, czyli fal akustycznych, zwanych także dźwiękowymi. Fale akustyczne są szczególnym rodzajem fal mechanicznych. Dźwiękiem i towarzyszącymi mu zjawiskami zajmuje się dział fizyki zwany akustyką. Akustyka jest powiązana z biologią, gdyż zajmuje się wrażeniami słuchowymi powstającymi w mózgu (które są wywołane docierającą do uszu falą). Od pierwszych dni życia uczymy się rozpoznawać dźwięki. Rozpoznajemy ludzi po głosie, szmer potoku, szum liści, odgłosy wydawane przez zwierzęta. Lubimy muzykę i umiemy dostrzec różnice między dźwiękami, na przykład instrumentów muzycznych. Fryderyk Chopin wiedział, że fale akustyczne odgrywają ogromną rolę nie tylko w przyrodzie, ale i w różnych dziedzinach ludzkiego życia. Wiedział, że umożliwiają one ludziom komunikowanie się ze sobą. Dziś poznacie cechy fal dźwiękowych. Dowiecie się, jakie częstotliwości odpowiadają poszczególnym tonom. 2

3 II. Rozwinięcie Określenie źródła dźwięku 1. Na podstawie obserwacji eksperymentów pokazowych (a, b, c) dokonanych przez nauczyciela uczniowie ustalają odpowiedzi na pytania: Co jest źródłem dźwięku? Czy wszystkie ciała, które drgają, wydają dźwięki? a. Kamertonem dotykamy do kuleczki styropianowej. Uderzamy w widełki kamertonu. Uczniowie słyszą dźwięk i widzą drgania kuleczki styropianowej. b. Szarpiemy strunę skrzypiec. Uczniowie słyszą dźwięk i widzą drgania struny. c. Wprawiamy w ruch wahadło matematyczne. Uczniowie widzą ruch, ale nie słyszą dźwięku. 2. Obserwację eksperymentów zamyka dyskusja. Jej wynikiem jest sformułowanie wniosku: Źródłem dźwięku są ciała drgające, ale nie wszystkie drgania są słyszalne dla człowieka. 3. Nauczyciel informuje uczniów, że u człowieka wrażenie dźwięku jest wywoływane przez fale o częstotliwościach od 16 do Hz. (Dolna i górna granica częstotliwości jest cechą indywidualną). Dźwięki o częstotliwości większej od Hz to ultradźwięki. Słyszą je niektóre zwierzęta, jak: psy (do 35 khz), delfiny (do 200 khz), nietoperze (do 100 khz), a także wieloryby, które wykorzystują ultradźwięki do namierzania ławic ryb. Dźwięki o częstotliwości niższej od 16 Hz to infradźwięki. Są one odbierane przez ryby i słonie, które wykorzystują infradźwięki do komunikacji na duże odległości. Źródłem infradźwięków mogą być: trzęsienia ziemi, silne wiatry, drgania mostów, urządzenia chłodzące i ogrzewające powietrze. Poznanie cech dźwięków 1. Uczniowie obserwują czynności nauczyciela, który na zmianę lekko i mocno: uderza w widełki kamertonu, szarpie strunę skrzypiec, odtwarza z magnetofonu dźwięki fortepianu (pianina) i określają dźwięki jako głośne i ciche. Nauczyciel informuje, że ta cecha dźwięku nazywa się natężeniem dźwięku. 3

4 2. Następnie nauczyciel, zmieniając długość struny skrzypiec, wydobywa kolejno niskie i wysokie dźwięki. Pyta uczniów, od czego zależy wysokość dźwięku. Uczniowie odpowiadają, że wysokość dźwięku zależy od długości struny, i po krótkiej dyskusji dochodzą do wniosku, że wysokość dźwięku zależy od częstotliwości drgań. 3. Nauczyciel informuje, że cecha, która pozwala odróżnić brzmienia różnych instrumentów lub głosów, to barwa dźwięku, która zależy od kształtu drgań. 4. Uczniowie samodzielnie sporządzają notatkę z tej części zajęć. Jeden z uczniów odczytuje notatkę, a wszyscy weryfikują jej treść. 5. Nauczyciel w uzupełnieniu wyjaśnia, że fale dźwiękowe rozchodzą się w powietrzu z prędkością 340 m/s. Prędkość dźwięku może się zmieniać w zależności od temperatury i wilgotności powietrza. Dlatego np. słyszalność jest gorsza w upały, a lepsza w chłodny dzień. 6. Nauczyciel przedstawia następny eksperyment związany ze źródłem dźwięku: a. Nauczyciel uderza w widełki kamertonu. Wyjaśnia uczniom, że tym, co słyszą, jest ton, czyli dźwięk o ściśle określonej częstotliwości. Dowolny dźwięk można traktować jako nałożenie się różnych tonów. Seria tonów to utwór muzyczny. b. Odtworzenie wybranego utworu Chopina. c. Uczniowie podejmują próbę odpowiedzi na pytania: Jaką częstotliwość ma np. dźwięk c 1? Jakiej częstotliwości dźwięków musiał użyć Chopin, aby stworzyć swojego mazurka? Obliczanie częstotliwości poszczególnych tonów Uczniowie pracują w trzech grupach. Rozwiązują zadanie, które znajduje się w karcie pracy nr 1 (załącznik 1). 1. Przed przystąpieniem do wykonania polecenia zawartego w kartach pracy nauczyciel wyjaśnia uczniom, że obliczenie częstotliwości tonu podstawowego dowolnej nuty nie jest trudne. Należy jednak wiedzieć, że: Podstawową częstotliwością, do której stroi się wszystkie instrumenty, jest częstotliwość dźwięku, czyli 440 Hz. 4

5 Zmiana o jedną oktawę odpowiada zwiększeniu lub pomniejszeniu częstotliwości o czynnik 2, czyli jeżeli ma częstotliwość 440 Hz, to a 2 ma 880 Hz, a 3 ma 1760 Hz itd. (nauczyciel wyjaśnia, co to jest oktawa). Interwały mniejsze niż oktawa można obliczyć, znajdując iloraz częstotliwości dla pojedynczego półtonu. W oktawie jest 12 półtonów. 12-krotne pomnożenie przez ten iloraz musi dać 2. Stąd wynika, że półtonowy interwał odpowiada ilorazowi częstotliwości równemu pierwiastkowi 12 stopnia z dwóch. Wartość ta wynosi około 1,05946 (nauczyciel wyjaśnia, co to jest interwał). 2. Nauczyciel podaje wzór do obliczania częstotliwości dźwięku: f półtonu_wyżej f = Ustalenie, że dźwięk od dzielą trzy półtony (a-b, b-h, h-c). Przykładowe obliczenie częstotliwości dźwięku f 2 = ( 2) = 2 = 2 = , , 25 Hz c a a a a Częstotliwość tonu podstawowego dźwięku wynosi 523,25 Hz (tę wartość uczniowie wpisują do tabeli w załączniku 1). Częstotliwość tonu c 3 będzie dwa razy większa i wyniesie 1046,5 Hz i tak dalej. 3. Uczniowie wykonują obliczenia i zapisują wyniki w karcie pracy nr 1 (załącznik 1). Po wykonaniu zadania reprezentant grupy odczytuje wyniki. 4. Określanie częstotliwości linii melodycznej Mazurka F-dur op. 68 nr 3 (karta pracy nr 2, załącznik 2). 5. Po zakończeniu pracy jeden z uczniów odczytuje częstotliwość poszczególnych dźwięków, a pozostali weryfikują wypowiedź kolegi. III. Podsumowanie 1. Nauczyciel podsumowuje zajęcia i ocenia aktywność uczniów. 2. Nauczyciel rozdaje uczniom pracę domową (karta pracy nr 3 załącznik 3). 5

6 Załącznik 1 KARTA PRACY NR 1 GRUPA 1 Oblicz częstotliwość tonów c 1 i d 1, a następnie wpisz ją do tabeli. Nazwa tonu Częstotliwość (Hz) c 1 d 1 e h 1 6

7 Załącznik 1 KARTA PRACY NR 1 GRUPA 2 Oblicz częstotliwość tonów e 1 i, a następnie wpisz je do tabeli. Nazwa tonu Częstotliwość (Hz) c 1 d 1 e h 1 7

8 Załącznik 1 KARTA PRACY NR 1 GRUPA 3 Oblicz częstotliwość tonów i h 1, a następnie wpisz je do tabeli. Nazwa tonu Częstotliwość (Hz) c 1 d 1 e h 1 8

9 Załącznik 2 KARTA PRACY NR 2 Ustal, jakim częstotliwościom odpowiadają poszczególne nuty w Mazurku F-dur op. 68 nr 3 Fryderyka Chopina. Nazwy tonów są podane w tabeli zgodnie z melodią utworu zapisaną na górnej pięciolinii. 9

10 Nazwa tonu kolejnej nuty f 2 e 2 d 2 d 2 b 1 b 1 b 1 e 1 d 1 c 1 Częstotliwość (Hz) 10

11 Załącznik 3 KARTA PRACY NR 3 Praca domowa Zadanie: Oblicz długość fali dla największej i najmniejszej częstotliwości występującej we fragmencie Mazurka F-dur op. 68 nr 3 Fryderyka Chopina (w celu odczytania częstotliwości skorzystaj z załącznika nr 2). Prędkość rozchodzenia się dźwięku w powietrzu wynosi 340 m/s. 11