Aby zagrac tak jak Chopin

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
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
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 20 000 Hz. (Dolna i górna granica
częstotliwości jest cechą indywidualną).
Dźwięki o częstotliwości większej od 20 000 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
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 c1? 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 a1, czyli 440 Hz.
4
•
Zmiana o jedną oktawę odpowiada zwiększeniu lub pomniejszeniu częstotliwości
o czynnik 2, czyli jeżeli a1 ma częstotliwość 440 Hz, to a2 ma 880 Hz, a3 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
= 12 2
•
Ustalenie, że dźwięk a1 od c2 dzielą trzy półtony (a-b, b-h, h-c).
•
Przykładowe obliczenie częstotliwości dźwięku c2
f c2 = f a1 ⋅ ( 2 ) = f a1 ⋅ 2
12
3
3
12
1
4
= f a1 ⋅ 2 = f a1 ⋅ 4 2 ≈ 440 ⋅ 1,18920 ≈ 523,25 Hz
Częstotliwość tonu podstawowego dźwięku c2 wynosi 523,25 Hz (tę wartość uczniowie
wpisują do tabeli w załączniku 1). Częstotliwość tonu c3 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
Załącznik 1
KARTA PRACY NR 1 – GRUPA 1
Oblicz częstotliwość tonów c1 i d1, a następnie wpisz ją do tabeli.
Nazwa tonu
Częstotliwość (Hz)
c1
d1
e1
f1
g1
a1
440
h1
c2
6
Załącznik 1
KARTA PRACY NR 1 – GRUPA 2
Oblicz częstotliwość tonów e1 i f1, a następnie wpisz je do tabeli.
Nazwa tonu
Częstotliwość (Hz)
c1
d1
e1
f1
g1
a1
440
h1
c2
7
Załącznik 1
KARTA PRACY NR 1 – GRUPA 3
Oblicz częstotliwość tonów g1 i h1, a następnie wpisz je do tabeli.
Nazwa tonu
Częstotliwość (Hz)
c1
d1
e1
f1
g1
a1
440
h1
c2
8
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
Nazwa
tonu
kolejnej nuty
Częstotliwość (Hz)
c2
c2
c2
f2
e2
d2
c2
a1
a1
a1
d2
c2
b1
a1
f1
f1
f1
b1
a1
g1
f1
b1
a1
g1
f1
g1
e1
d1
c1
10
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