УСІ УРОКИ ФІЗИКИ 10 клас

2-й семестр

 

МЕХАНІКА

 

4. Механічні коливання й хвилі

Урок 6/65

Тема. Механічні хвилі

 

Мета уроку: дати учням поняття про хвильовий рух як процес поширення коливань у просторі з плином часу; вивчити механізм утворення поперечних і поздовжніх хвиль

Тип уроку: вивчення нового матеріалу

План уроку

Контроль знань

5 хв.

1. Вимушені коливання.

2. Резонанс.

3. Застосування резонансу та боротьба з ним

Демонстрації

4 хв.

1. Механічна модель поперечної хвилі.

2. Механічна модель поздовжньої хвилі.

3. Фрагменти відеофільму «Поперечні й поздовжні хвилі»

Вивчення нового матеріалу

26 хв.

1. Механічна хвиля.

2. Поперечні й поздовжні хвилі.

3. Довжина хвилі

Закріплення вивченого матеріалу

10 хв.

1. Тренуємося розв’язувати задачі.

2. Контрольні запитання

 

ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Механічна хвиля

Джерелами хвиль є коливні тіла. Якщо таке тіло перебуває в якому-небудь середовищі, коливання передаються прилеглим частинкам речовини. А оскільки частинки речовини взаємодіють одна з одною, коливні частинки передають коливання своїм «сусідам». У результаті коливання починають поширюватися в просторі. Так і виникають хвилі.

Ø  Хвилею називають процес поширення коливань з плином часу.

Механічні хвилі в середовищі зумовлені пружними деформаціями середовища. Утворення різноманітних хвиль пояснюється наявністю силових зв’язків між частинками, що беруть участь у коливаннях.

Будь-яка хвиля переносить енергію, адже хвиля — це коливання, що поширюються в просторі, а будь-які коливання, як ми знаємо, мають енергію. Механічна хвиля переносить енергію, але не переносить речовину.

2. Поперечні і поздовжні хвилі

Під час поширення хвилі частинки середовища коливаються в межах певного положення рівноваги й не переміщаються вздовж шнура. Залежно від напряму коливань частинок, відносно напряму поширення хвилі, розрізняють хвилі поперечні й поздовжні.

Ø  Хвилі, у яких частинки середовища під час коливань зсуваються в напрямі, перпендикулярному напряму поширення хвилі, називаються поперечними.

Отже, деформації в середовищі внаслідок поширення поперечної хвилі — це деформації зсуву в напрямі, перпендикулярному напряму поширення хвилі.

Поперечні хвилі можуть поширюватися лише у твердих тілах. Справа в тому, що такі хвилі зумовлені деформаціями зсуву, а в рідинах і газах не існує деформацій зсуву: рідини й гази не «чинять опору» зміні форми.

Для поперечних хвиль характерним є утворення горбів і западин, що переміщаються зі швидкістю поширення хвилі (див. рис.).

 

 

Це зумовлено тим, що кожна наступна точка шнура коливається в напрямі, перпендикулярному до нього, із запізненням у фазі відносно попередньої. Саме ця відмінність у фазі й приводить до переміщення форми, тобто горбів і западин. Така хвиля називається біжучою.

Ø  Хвилі, у яких частинки середовища під час коливань зсуваються вздовж напряму поширення хвилі, називаються поздовжніми.

Приклад поздовжньої хвилі — хвиля, що біжить по м’якій пружині, коли один її кінець здійснює коливання під дією періодичної зовнішньої сили, спрямованої вздовж пружини.

 

 

Деформації в середовищі внаслідок поширення поздовжньої хвилі — це деформації розтягання й стискання. Такі деформації наявні в усіх середовищах (твердому, рідкому й газоподібному), тому що зміні об’єму «пручається» будь-яке середовище. Отже, поздовжні хвилі можуть поширюватися в будь-якому середовищі.

Для поздовжньої хвилі характерним є утворення згущень і розріджень, що пересуваються зі швидкістю хвилі.

Зверніть увагу, що хвилі на поверхні води не є поздовжніми або поперечними. Вони мають складний поздовжньо-поперечний характер, і при цьому частинки рідини рухаються по колу.

3. Довжина хвилі

Якщо джерело хвиль здійснює гармонічні коливання, то кожна точка середовища, у якому поширюється хвиля, також здійснює гармонічні коливання, причому з тією ж частотою, що й джерело хвиль. У цьому випадку хвиля має характерну синусоїдальну форму. Максимум хвилі називають її гребенями.

Ø  Частоту коливань кожної точки середовища називають частотою хвилі v. Величину, зворотну частоті, називають періодом хвилі:  = λv.

Ø  Довжина хвилі λ — це відстань між двома найближчими точками, що коливаються в одній фазі.

За час одного повного коливання хвиля поширюється на відстань, що дорівнює довжині хвилі, тому можна дати ще одне визначення довжини хвилі:

Ø  відстань, на яку поширюються коливання за час одного періоду, називається довжиною хвилі.

Оскільки швидкість хвилі для певного середовища — величина постійна, то її можна обчислити за формулою:  = s/t. З урахуванням того, що t = T і s = λ, дістаємо:  = λ/t. Але 1/t = v, тому остаточно отримуємо:

Цю формулу називають формулою хвилі.

Швидкість хвилі залежить від властивостей середовища, у якому ця хвиля поширюється. У твердих тілах швидкість поздовжніх

хвиль більша за швидкість поперечних. Ця обставина використовується, наприклад, для визначення місця розташування епіцентрів землетрусів. Під час землетрусу утворюються хвилі обох типів, тому, знаючи швидкість поздовжніх і поперечних хвиль у земній корі й час запізнювання поперечної хвилі, можна визначити відстань до епіцентру землетрусу.

 

Запитання до учнів під час викладу нового матеріалу

1. Що є джерелом механічних хвиль?

2. Чи переносять хвилі речовину? енергію?

3. Наведіть приклади тих середовищ, у яких можуть поширюватися поперечні хвилі; поздовжні хвилі.

4. Чи однаковою є довжина хвилі однієї і тієї ж частоти в різних середовищах?

 

ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ

1). Тренуємося розв'язувати задачі

1. Човен гойдається на хвилі з частотою 0,5 Гц. Чому дорівнює швидкість цієї хвилі, якщо відстань між сусідніми гребенями — 3 м?

2. Поздовжні чи поперечні хвилі виникають:

а) у струнах під час гри на гітарі;

б) у повітряному стовпі всередині духової труби, коли музикант дме в трубу;

в) на поверхні води, якщо вдарити по ній долонею?

(Відповідь: а) поперечні; б) поздовжні; в) ці хвилі не можна віднести ні до поздовжніх, ні до поперечних).

3. Підводний човен сплив на відстані 100 м від берега, створивши хвилі на поверхні води. Хвилі дійшли до берега за 20 с, причому за наступні 15 с відбулося 30 сплесків хвиль об берег. Якою є відстань між гребенями сусідніх хвиль?

4. Якою є швидкість морських хвиль, якщо вони піднімають плавучий буй кожні 1,5 с, а відстань між гребенями сусідніх хвиль дорівнює 6 м?

2). Контрольні запитання

1. Що таке поперечні хвилі й де вони можуть поширюватися?

2. Що таке поздовжні хвилі й де вони можуть поширюватися?

3. Чи можливі поперечні хвилі в рідинах і газах?

4. Чому хвилі переносять енергію?

 

Що ми дізналися на уроці

  Хвилею називають процес поширення коливань із плином часу.

  Хвилі, у яких частинки середовища під час коливань зсуваються в напрямі, що є перпендикулярним до напряму поширення хвилі, називаються поперечними.

  Хвилі, у яких частинки середовища під час коливань зсуваються вздовж напряму поширення хвилі, називаються поздовжніми.

  Довжина хвилі λ — це відстань між двома найближчими точками, що коливаються в одній фазі.

  Формула хвилі:  = λv.

 

Домашнє завдання

1. П.: § 46.

2. 36.:

р1) - 21.2; 21.3; 21.7; 21.8;

р2) - 21.15; 21.16; 21.17;21.33;

р3) - 21.35; 21.37; 21.41.

3. Д.: підготуватися до самостійної роботи за темою «Механічні коливання та хвилі».






Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити

Віртуальна читальня освітніх матеріалів для студентів, вчителів, учнів та батьків.

Наш сайт не претендує на авторство розміщених матеріалів. Ми тільки конвертуємо у зручний формат матеріали з мережі Інтернет які знаходяться у відкритому доступі та надіслані нашими відвідувачами.

Всі матеріали на сайті доступні за ліцензією Creative Commons Attribution-Sharealike 3.0 Unported CC BY-SA 3.0 та GNU Free Documentation License (GFDL)

Якщо ви являєтесь володарем авторського права на будь-який розміщений у нас матеріал і маєте намір видалити його зверніться для узгодження до адміністратора сайту.

Дозволяється копіювати матеріали з обов'язковим гіпертекстовим посиланням на сайт, будьте вдячними ми приклали багато зусиль щоб привести інформацію у зручний вигляд.

© 2007-2019 Всі права на дизайн сайту належать С.Є.А.