Учебные занятия
Е. И. Сивченко
Звуковые волны: КР1 к дистанционному курсу Л.В.Пигалицына «ШКФЛ»
Е.И.СИВЧЕНКО,
МОУ СОШ № 5, г. Светлый, Калининградская обл.
Звуковые волны
Методическая разработка урока, проведённого с использованием приставки, разработанной в рамках КР № 1. 10-й класс
Контрольная работа № 1 по дистанционному курсу Л.В.Пигалицына «Школьная компьютерная физическая лаборатория»
Задание. Разработайте электронную приставку для измерения периода и частоты электрических колебаний с помощью ПК, программное обеспечение и методическую разработку урока с их применением.
1. Электронная приставка. Схема электронной приставки, предназначенной для генерации прямоугольных ТТЛ-импульсов, – автоколебательный мультивибратор и её внешний вид представлены на рис. 1 (по брошюре «Лекции 1–4», с. 32).
Рис. 1. Электрическая схема и внешний вид
мультивибратора
Автоколебательный мультивибратор собран на микросхеме 561ЛА7, которая сочетает в себе 4 элемента И-НЕ и имеет 14 выводов. Частота генерируемых импульсов определяется ёмкостью конденсатора С и сопротивлением резистора R. В качестве источника питания используется батарейка на 4,5 В. Для индикации работы мультивибратора через резистор сопротивлением 300 Ом включён светодиод. Испытание работы мультивибратора: при подключении источника питания светодиод светится; при подключении к точкам А и В усилителя низкой частоты УНЧШ-1 слышен звук, тон которого изменяется при изменении сопротивления резистора; при подключении осциллографа на экране видна последовательность прямоугольных импульсов.
Электронная приставка «Частотомер» с блоком гальванической развязки предназначена для преобразования импульсов произвольной формы в прямоугольные. Схема и внешний вид приставки изображены на рис. 2 (брошюра «Лекции 1–4», с. 41). Приставка состоит из формирователя импульсов, собранного на микросхеме К155ЛД1. На вход подаются синусоидальные или импульсные электрические колебания амплитудой 0,15–10 В. На выходе 9 формируются электрические колебания прямоугольной формы, соответствующие частоте входного сигнала. Резистор R1 (1 кОм) ограничивает входной ток, диод V1 (1Н4148) защищает микросхему от перепадов входного напряжения отрицательной полярности. Для уменьшения возможности выхода портов ПК из строя при подключении внешних устройств используют гальваническую развязку с помощью оптрона ЗОУ103А. Сигнал с выхода 9 недостаточен для зажигания светодиода, поэтому к нему подключён транзистор V2 (КТ315Г), работающий в ключевом режиме. Светодиод подключён к коллектору транзистора через ограничительное сопротивление R6 (100 Ом). Приставка питается от батарейки 4,5 В. Выход частотомера подключён к контакту 15 выхода LPT-порта и к контакту 25 (земля).
Рис. 2. Схема и внешний вид частотомера
2. Программное обеспечение. С помощью программы на TurboPascal7 определяют количество импульсов, поступивших на вход LPT-порта за 1 с. Чтобы повысить точность, измерения выполняем 20 раз с помощью цикла. На экран выводим среднее арифметическое.
3. Разработка урока
Задачи урока:
– познавательная: изучить физические характеристики звука, дать понятия инфразвука и ультразвука;
– информационно-коммуникационная: выполнять сбор, переработку и представление информации по теме, используя различные источники информации, передавать содержание информации адекватно поставленной цели;
– рефлексивная: оценивать свою деятельность, предвидеть возможные результаты своих действий, учитывать мнения других людей при определении собственных позиций и самооценке.
Тип урока: урок изучения нового материала.
Форма урока: самостоятельная работа учащихся со справочной и научно-популярной литературой, другими источниками информации.
Демонстрации: звучание колеблющейся металлической линейки, зажатой в тисках, гитарной струны, камертона, звон бокала, камертон и теннисный шарик на нити; прослушивание звуков с диска «Лучшие звуки природы»; прослушивание голоса с мобильного телефона с громкой связью; усилитель низкой частоты УНЧШ-1, электронная приставка к компьютеру (мультивибратор), компьютер, программа «Частотомер».
План урока
Этап |
Время, мин |
Приёмы и методы |
1. Организационный |
1 |
Вступительное слово учителя |
2. Актуализация знаний |
4 |
Фронтальная беседа |
3. Постановка учебной проблемы |
2 |
Демонстрация опытов с возбуждением звуковой волны. Формулировка задачи урока учителем |
4. Изучение нового материала |
15 |
Самостоятельная работа учащихся с информацией: работа в интернете, поисковое чтение текста учебника, работа со справочной литературой, эксперимент, записи в тетрадях, консультации учителя |
5. Обсуждение и анализ нового материала |
20 |
Представление учащимися информации, записи в тетрадях |
6. Подведение итогов урока. Домашнее задание |
3 |
Беседа. Ответы на вопросы, записи ДЗ в дневники и на доске |
Конспект урока
1. Организационный этап. Учитель сообщает учащимся задачи и план урока: продолжим изучение механических волн; вспомним, что представляет собой волновой процесс, какие бывают волны и в чём их принципиальные различия; как можно обнаружить волновой процесс; можно ли услышать волну.
2. Актуализация знаний. Фронтальный опрос: Что представляет собой волновой процесс? Какие бывают волны и в чём их принципиальные различия? Как можно обнаружить волновой процесс?
3. Постановка учебной проблемы. Проблемный вопрос: Можно ли услышать волну? Демонстрация звучания линейки, струны и т.п. Постановка учебной проблемы: выясним физическую природу звука.
4. Изучение нового материала. Исследование. Учебная проблема исследуется по группам.
• 1-я группа – теоретики. Задание: выяснить механизм распространения звуковых волн с энергетической точки зрения. Поиск информации: учебники физики, справочник А.С.Еноховича. Оборудование: камертон, теннисный шарик на нити. Результат: представление информации в соответствии с поставленной задачей.
• 2-я группа – экспериментаторы. Задание: выявить физические характеристики звука. Поиск информации: учебники физики, справочник А.С.Еноховича. Оборудование: усилитель низкой частоты УНЧШ-1, электронная приставка к компьютеру (мультивибратор), компьютер, программа «Частотомер». Результат: представление информации в соответствии с поставленной задачей.
Методика проведения опыта: параллельно выходу мультивибратора подсоединяем УНЧШ-1. Динамик преобразует электрические колебания низкой частоты, снимаемые с электронной приставки (мультивибратора), в звуковые колебания. Этот же сигнал подаём на LPT-порт компьютера. Запускаем программу «Частотомер» и измеряем частоту ТТЛ-импульсов. Изменяем сопротивление резистора R. Отмечаем, что изменились тон звука и частота. Делаем вывод: тон звука определяется частотой.
• 3-я группа – биологи. Задание: выяснить, как происходит восприятие звука. Поиск информации: учебники биологии, справочник А.С.Еноховича. Оборудование: диск «Лучшие звуки природы», мобильный телефон. Результат: представление информации в соответствии с поставленной задачей.
• 4-я группа – информатики. Задание: выяснить, что такое инфразвук и ультразвук, их пользу и вред.Поиск информации: интернет-ресурсы. Оборудование: 4 компьютера мобильного класса. Результат: представление информации в соответствии с поставленной задачей.
5. Обсуждение и анализ нового материала. Представление информации в соответствии с поставленной задачей.
6. Подведение итогов. Домашнее задание
Литература для учащихся
Энциклопедия для детей. Физика. – М.: Аванта, 2005.
Большая медицинская энциклопедия. Т. 22. – М., 1972.
Кабардин О.Ф. Физика. Справочные материалы. – М., 1988.
Кирик Л.А., Генденштейн Л.Э., Дик Ю.И. Физика-10. – М., 2006.
Ландсберг Г.С. Элементарный учебник физики. – М., 1986.
Музыкальный энциклопедический словарь. – М., 1988.
Перельман Я.И. Занимательная физика. – М., 1991.
Физический энциклопедический словарь. – М., 1989.
Использованная при подготовке КР литература
Пигалицын Л.В. Брошюра «Школьная компьютерная физическая лаборатория. Лекции 1–4». – М.: Педагогический университет «Первое сентября», 2007.