При использовании материалов этого сайта - АКТИВНАЯ ССЫЛКА и размещение баннера -ОБЯЗАТЕЛЬНО!!!

Конкурс молодежных инновационных проектов РОСТ. Изучение камертона.

Отраслевое наименование секции конкурса: Физика и астрофизика.

Слайд-презентация.

Пример слайда.

ВВЕДЕНИЕ

Мне вспомнился урок физики, на котором учитель продемонстрировал нам действие и назначение камертона. Попросил нас определить ноту звука. Меня это очень заинтересовало, поскольку я сама посещаю музыкальный кружок, и наши занятия плотно связаны с явлением распространения звука. Вследствие этого у меня появилось желание более подробно изучить камертон и показать связь между физикой и музыкой. Не только потому, что это нужно знать всесторонне развитому человеку, но и хотя бы потому, что это просто красиво, интересно и доступно. В программе девятого класса есть упоминание о природе звука и о кое-каких его характеристиках, но слишком поверхностное. Кроме того, и учителю в девятом классе на большее не хватит времени, да и не всем детям это может быть интересно (еще рановато для них). Интерес возникает тогда, когда появляется достаточный запас первоначальных знаний по физике и математике, и, к тому же, когда сам человек приобщается к игре на музыкальном инструменте. Для старшеклассников это, безусловно, гитара.

Так что проблемы выбора темы для работы не стояло. Я решила расширить свои знания по этой теме и выяснить, каким образом тон звука в камертоне зависит от длины его веток, и установить данную зависимость путем проведения экспериментов. Таким образом, я поставила перед собой такие цели:

1. Изучение зависимости частоты школьного камертона .
2. Приобретение новых знаний и навыков по проведению экспериментов.
3. Повторение и углубление ранее полученных материалов.
4. Применение полученных результатов на практике.

Для достижения целей я выполняла следующие задачи:

1. Для изучения зависимости частоты школьного камертона от длины ветки и массы стального стержня провести эксперимент, в ходе которого получить значения частот звука для разных длин и массы ветви камертона.
2. Установить зависимость частоты школьного камертона от длины ветки и массы стального стержня
3. Получить наглядное доказательство данной зависимости.
4. Выяснить, каким образом полученные результаты можно использовать на практике.

Звук, в широком смысле — упругие волны, продольно распространяющиеся в среде и создающие в ней механические колебания; в узком смысле — субъективное восприятие этих колебаний специальными органами чувств животных или человека.

Как и любая волна, звук характеризуется амплитудой и частотой. За единицу частоты принимают герц (по имени известного немецкого физика Генриха Герца). Герц — это одно колебание в секунду. Звуковые волны являются примером колебательного процесса. Всякое колебание связано с нарушением равновесного состояния системы и выражается в отклонении её характеристик от равновесных значений.

До 1935 года основным тоном музыкальной настройки («ля») была частота 435 герц. Но специальное обследование показало, что большинство музыкантов предпочитают несколько более высокую частоту. Поэтому в 1935 году в нашей стране был узаконен новый тон «ля» — 440 герц. Несколько лет спустя этот музыкальный строй был принят и в других странах.

Камертоны - вилкообразно изогнутые стальные стержни, снабженные ножкой или рукояткой; вилка состоит из двух одинаковых ветвей. При ударе по камертону или при приведении его в деятельное состояние смычком получается звучание, продолжительность которого зависит от:

• качества стали,
• толщины и длины ветвей,
• сопротивления воздуха,
• способа укрепления ножки (например, держание в руке за ножку уменьшает продолжительность звучания).

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Соединив оборудование по прилагаемому схематическому рисунку (рис.1), мы получаем устройство, которое позволяет нам проводить эксперименты для определения зависимости частоты камертона от длины ветви.

1. Камертон школьный(440 Гц)
2. Динамик
3. УНЧ
4. Приставка – осциллограф двухканальный
5. Компьютерный измерительный блок «L-микро»
6. Системный блок компьютера
7. Генератор низкочастотный лабораторный на 42 В.

При работе с данным оборудованием следует проявить осторожность с соединительными проводами – они не должны иметь оголенные участки, зажимы не должны касаться друг к другу, а также соединительные разъемы на компьютерном измерительном блоке плотно закрутить. При подключении приставки осциллографа, следует иметь в виду возможность сохранения напряжения в элементах схемы после выключения питания. Для точного расчета измерений камертон устойчиво и четырьмя резиновыми ножками должен стоять на поверхности.

Настройка оборудования

1. На ветвь камертона нанесли шкалу с ценой деления 1 см.
2. Для выбора параметров работы осциллографа имеется специальное «окно», в котором установили:

• Развертка-0,005 сек/дел.
• Чувствительность – 0.5В/дел
• Режим регистрации сигналов – периодический (авто)

3. Регуляторы громкости на динамике и УНЧ установили на максимальные положения.

Структура исследовательской работы:

1. Перед отверстием резонаторного ящика камертона(1) установили динамик(2) с регулятором громкости;
2. На одной ветви камертона укрепили подвижную муфту, с помощью которой изменяем длину ветви камертона;
3. Динамик соединили через УНЧ(3) с приставкой – осциллографом(4);
4. На второй канал подключили генератор низкочастотный(7), который в первой части экспериментов выключен;
5. Приставку – осциллограф, в свою очередь подключили через компьютерный измерительный блок(5) с системным блоком компьютера(6);
6. На мониторе экрана наблюдаем развертку звуковых колебаний;
7. Увеличивая длину ветви камертона с помощью муфты на один сантиметр, определяем количество звуковых волн в интервале времени на графике, полученном на мониторе компьютера;
8. Для точности результатов измерений повторяем эксперимент 3 раза, и средние значения заносим в таблицу:

9.Вычисляем частоту колебаний по формуле ;

10.По полученным результатам построим график зависимости частоты звука от длины ветви камертона (рис. 2) - график синего цвета

рис.2

рис.3

11.Включая низкочастотный генератор ко второму каналу осциллографа, получаем наглядную картину доказательства изменения частоты камертона от длины ветви камертона (рис. 3), где график красного цвета получен от низкочастотного генератора с частотой 440 Гц., а график синего – от камертона с закрепленной муфтой(390 Гц.).

. В итоге мы получили зависимость частоты звука от длины ветви камертона. На графике (рис. 2) наглядно видно, что с увеличением длины ветви частота звука увеличивается. При этом зависимость не является прямо пропорциональной. График изображен в виде изогнутой прямой, которая говорит о том, что при перемещении муфты в середине ветви камертона происходит намного более резкое изменение частоты, чем при перемещении ее на краях ветви.

12. Далее измерим массу муфты: m= 9,5 г. Увеличив массу муфты на 1г., 2г., 4г., 5г. приклеив с помощью скотча гирьки соответствующей массы, повторим опыты.

13. Для точности результатов измерений повторяем эксперимент 3 раза, и средние значения заносим в таблицу:

13. По полученным результатам построим график зависимости частоты звука от массы муфты на ветви камертона (рис. 2)-график красного цвета. При этом начальная частота(при длине 1 см.) равна 404 Гц, и кривизна графика становится более выпуклой, достигнув в конце эксперимента такого же значения- 440 Гц.

Отсюда следует следующий вывод: частота колебания зависит так же от массы ветви камертона.

Применение полученного результата для выявления музыкального слуха

Мы попросили 20 мальчиков и 20 девочек поучаствовать в эксперименте. Каждого из них проверили на слух. Опыт проводили двумя способами:

1)Используя генератор низкочастотных волн и камертон с резиновым молоточком.

рис. 4

Для этого шкалу указателя частоты звукового генератора, стоящего на демонстрационном столе, за¬крываем бумажным листом. Рядом помещаем камертон и предлагаем ученикам ударить молоточком по камертону. Затем, услышав звук, каждый ученик должен воспроизвести такой же с помощью звукового генератора. Сняв бумагу со шкалы, проверим, насколько соответствуют показания указателя частоте звука камертона. По полученным результатам строим диаграмму (рис. 5), где мы сравниваем результаты девочек с результатами мальчиков.

2)Используя генератор низкочастотных волн и электронный генератор.

Шкалу указателя частоты звукового генератора также оставляем закрытой. Теперь звук производит не камертон, а электронный генератор «Настройка гитары». Каждый ученик сначала слышит звук с электронного генератора, а затем настраивает генератор низкочастотных волн на такую же частоту. Если не получается с первого раза, то он может попросить еще раз воспроизвести звук с электронного генератора. По полученным результатам строим диаграмму (рис. 6), где мы сравниваем результаты девочек с результатами мальчиков.

рс. 5рис6

Из сравнительных диаграмм видно, что в целом у девочек музыкальный слух развит лучше, чем у мальчиков. А так же видно, что не многим удалось с первого раза настроить генератор на нужную частоту, большинству учащихся это удалось с третьего раза. Были и такие ученики, которым на это понадобилось четыре и более раз.

А так же нужно отметить, что результаты, полученные в разных опытах, немного расходятся. Сравнивая и анализируя диаграммы, можно заметить, что при опыте с камертоном ученикам легче удавалось найти нужную частоту, чем при опыте с электронным генератором. Возможно, это связано с тем, что камертон издает более чистый звук, чем динамик компьютера.

Таким образом, мы приходим к выводу, что опыт с камертоном более точен, чем опыт с электронным генератором. А значит лучше использовать камертон для данных экспериментов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. При увеличении длины ветви камертона частота волны увеличивается;
2. При перемещении муфты в середине ветви камертона частота колебаний изменяется более резко;
3. При увеличении массы ветви камертона увеличивается начальная частота колебания, а также кривизна графика - он становится более выпуклой с увеличением массы.
4. Для малых и больших длин ветви камертона частота увеличивается менее резко, чем для средних.
5. Тон звука от камертона определить легче, чем звук от других источников, поскольку камертон издает чистые звуки, поэтому лучше проверять слух с помощью камертона, а не электронного генератора;
6. В целом музыкальный слух лучше развит у девочек, чем у мальчиков.
7. Большинство учеников определило частоту звука с третьего раза. Немногим удалось определить ее с первой попытки.

Результаты данного эксперимента можно применить на практике для:

• Определения частоты колебания устройств
• Определения музыкального слуха
• Проведения практических работ на уроках физики.

Скачать бесплатно презентацию по физике .pptx 3,55 Мб.

Конкурс молодежных инновационных проектов РОСТ. ИЗУЧЕНИЕ КАМЕРТОНА

Опубликовано 17.12.2011 г.