Тема урока: Механические волны в однородных средах.
Поперечные и продольные волны
Фронтальный опрос:
1. Какое движение мы называем колебанием?
2. Какими параметрами характеризуется колебательное движение?
3. При каком условии свободные колебания математического маятника являются гармоническими?
4. Как происходят колебания математического маятника?
5. От чего зависит период колебания математического маятника?
6. За 24 с первый маятник совершил 12 колебаний, а второй – 16. Чему равны период и частота колебаний каждого маятника? (решаем устно)
Вариант – 1
1. Какие из перечисленных ниже движений являются механическими колебаниями?
А) движение качелей
В) движение падающего на Землю мяча
С) Движение звучащей струны гитары
2. Какие из перечисленных ниже колебаний являются свободными?
А) Колебания груза на пружине после однократного отклонения его от положения равновесия
В) колебания диффузора громкоговорителя во время работы громкоговорителя
С) колебания груза на нити, один раз отведенного от положения равновесия и отпущенного
3. Частота колебаний тела равна 2 000 Гц. Чему равен период колебаний?
4. Подвешенный на нити груз совершает малые колебания. Считая колебания незатухающими, укажите правильные ответы
А) Чем длиннее нить, тем больше частота колебаний
В) при прохождении грузом положения равновесия скорость груза максимальна
С) Груз совершает периодическое движение
Вариант – 2
1. Какие из перечисленных ниже движений являются механическими колебаниями?
А) движение веток деревьев
В) падение капелек дождя на землю
С) Движение звучащей струны гитары
2. Какие из перечисленных ниже колебаний являются вынужденными?
А) Колебания груза на пружине после однократного отклонения его от положения равновесия
В) колебания поршня в цилиндре двигателя внутреннего сгорания
С) колебания груза на нити, один раз отведенного от положения равновесия и отпущенного
3. Период колебаний тела 0,01 с. Чему равна частота колебаний?
4. Подвешенный на нити груз совершает малые колебания в вертикальном направлении. Считая колебания незатухающими, укажите правильные ответы
А) Чем больше жесткость пружины, тем больше период колебаний
В) Период колебаний зависит от амплитуды
С) Скорость груза изменяется со временем периодически.
3. Формирование новых знаний
Основной физической моделью вещества является совокупность движущихся и взаимодействующих между собой атомов и молекул. Использование этой модели позволяет объяснить с помощью молекулярно-кинетической теории свойства различных состояний вещества и физический механизм переноса энергии и импульса в этих средах. При этом под средой мы можем понимать газ, жидкость, твердое тело.
Давайте вспомним строки из поэтических произведений, где упоминались бы волны.
· «А волны всё выше, а волны всё круче, а волны уходят под самые тучи». (К.Чуковский)
· «Ты волна, моя волна, ты гульлива и вольна». (А.С.Пушкин)
· «На берегу пустынных волн, стоял он дум высоких полн». (А.С.Пушкин)
· «Волны катятся одна за другою с плеском и шумом глухим». (М.Ю.Лермонтов)
· «Ходят волны в океане ровным строем к ряду ряд». (Н.Шимякина)
· «Волны шуршат и за пятки хватают, ракушки прямо под ноги бросают». (Я.Миллиз)
Волновой процесс – это процесс переноса энергии без переноса вещества.
Демонстрация опытов:
Опыт №1 – прикрепим к потолку резиновый шнур и резким движением руки заставим его свободный конец совершить колебание. В результате внешнего воздействия на среду в ней возникает возмущения – отклонение частиц среды от положения равновесия.
Опыт №2 – проследить за распространением волн на поверхности воды в стакане, создавая их каплями воды, падающими из пипетки.
Механическая волна – это колебания, которые перемещаются в пространстве с течением времени.
Опыт № 3. Каждый возьмите чайную ложку, которая лежит у вас на столе и ударьте ей по столу. Слышен звук. Теперь приложите ухо к поверхности стола и снова ударьте ложечкой. Звук слышен лучше. Это доказывает, что в твёрдых телах волны распространяются. Можно вспомнить, что о приближении вражеской конницы узнавали, приложив ухо к земле.
Опыт № 4. Привяжите к ложечке 2 нити равной длины и приложите их к ушам. Ложечкой ударьте по краю стола. Слышен звук, похожий на удар колокола (звук передаётся по натянутым нитям).
Вывод: механические волны могут распространяться в различных средах.
Примеры волновых явлений:
· электромагнитное излучение солнца обогревает Землю;
· волны океана размывают берега, принося энергию, полученную от ветра или землетрясений вдали от этих берегов;
· сверхзвуковой реактивный самолёт образует волну сжатия, от которой вылетают оконные стёкла;
· вибрирующий воздух доносит звуки до наших ушей;
· можно послать радиоволны к другим планетам и за их пределы;
· сдвиг земной поверхности в одном месте могут вызвать колебания в достаточно удаленной от места возникновения точке;
· подводное землетрясение в океане создает цунами - приливную волну;
· землетрясение 1 апреля 1846 г. вблизи Алеутских островов всколыхнуло Тихий океан с такой амплитудой, что были разрушены селения на его берегах на расстоянии 4000м.
Виды волн
Упругие поперечные волны – это волны сдвига. Распространяются только в твердых телах.
Бегущая волна, основное свойство которой в переносе энергии без переноса вещества: электромагнитное излучение обогревает Землю, волны океана размывают берега.
Скорость перемещения гребня или впадины в поперечной волне (сжатий или разрежений в поперечной волне) называют скоростью распространения волны.
Волны переносят энергию с определенной скоростью. Скорость механических волн бывает разная. Например, звуковые волны в воздухе распространяются со скоростью 343 м/с, в алюминии – 6260 м/с, в воде – около 1500 м/с.
Любой физический процесс всегда описывается рядом характеристик, значения которых позволяют более глубоко понимать содержание процесса. Волновые явления в упругих средах также имеют определенные характеристики. С некоторыми мы знакомились при изучении механических колебаний.
На расстоянии длины волны располагаются соседние гребни или впадины в поперечной волне или сгущения и разрежения в продольной.
Учитель: связь длины волны с частотой колебаний в волне:
Упругие продольные волны – это волны сжатия и разрежения. Распространяются в любой среде – твердой, жидкой и газообразной. Пример продольной волны – звуковая волна. В результате колебания какого-нибудь упругого тела, например струны, металлического листа, деревянной пластины и т.п., возникает волнообразное распространение продольных колебаний воздушной среды.
Важное свойство всех волн – перенос энергии без переноса вещества. Заядлые рыбаки хорошо знают, что, когда забрасываешь удочку, в воде появляются волны, разбегающиеся во все стороны, но поплавок при этом колеблется вверх и вниз, следуя за движением частиц воды. Частицы, как и поплавок, не движутся вслед за волной. Волна же, распространяясь, все дальше несет энергию, которая заставляет двигаться новые и новые частицы.
Землетрясения – это колебания Земли, вызванные внезапными изменениями в состоянии недр планеты. Эти колебания представляют собой упругие волны, распространяющиеся с высокой скоростью в толще горных пород. Наиболее сильные землетрясения иногда ощущаются на расстояниях более 1500 км от очага и могут быть зарегистрированы сейсмографами.
Типы сейсмических волн: продольные Р, поперечные S, поверхностные Лява L, поверхностные Рэлея R
Вначале на сейсмологической станции регистрируется продольная волна, так как ее скорость при распространении в земной коре больше, чем у поперечной. Спустя некоторое время регистрируется поперечная волна, возбуждаемая при землетрясении одновременно с продольной.
Вопрос 1 – объясните, как возникает волна, изображенная на рисунках 1 и 2, и дайте характеристику этой волне.
Вопрос 2 – что общего и чем отличаются точки одного цвета в представленной модели волны?
Решение задач на уроке:
Вопросы для закрепления, пройденного материала:
· Что такое волна?
· В чем заключается процесс возникновения волн?
· Происходит ли перенос вещества среды при образовании волн?
· Перечислите характеристики волн.
· Как связаны скорость, длина волны и частота?
Домашнее задание:
1. Дать ответы на вопросы теста.
2. § 14-15 читать, учить определения, формулы. Сделать краткий конспект.
3. Решить задачу: Длина волна в океанах может достигать 400 м, а период 14,5 с. Определите скорость распространения такой волны.