Конспект урока "Волновые явления. Длина волны. Скорость распространения волны"

Урок 55.

Тема: Волновые явления. Длина волны.

Скорость распространения волны.

Цели урока: закрепить навыки решения задач по теме «Механические колебания»; познакомить обучающихся с условиями возникновения волн и их видами; изучить характеристики механических волн; сформировать у обучающихся правильное представление о волновом движении частиц среды, используя наглядность; при организации закрепления учебного материала выделить необходимые для заучивания положения, организовать конспектную запись в тетрадях учащихся (дома по конспекту); формировать навыки решения задач по данной теме; развивать у учеников память, культуру речи, логическое и пространственное мышление; воспитывать чувства взаимопомощи, самостоятельность при достижении цели, трудолюбие.

Тип урока: комбинированный.

Ход урока.

1. Организационный момент.

2. Повторение ранее изученного материала.

Мозговой штурм

• Амплитуда колебаний (максимальное отклонение от положения равновесия)

• Минимальный промежуток времени, через который движение повторяется (период)

• Формула периода (T = )

• Частота колебаний (число колебаний за 1 с)

• Как изменится частота колебаний математического маятника, если длину уменьшить 4 раза? (увеличится 2 раза)

• Чему равен период, если циклическая частота равна 2π? (1 с)

• Математический маятник совершает за 2 минуты 60 полных колебаний. Чему равна частота колебаний математического маятника? (0,5 Гц)

• В Исаакиевском соборе в Петербурге висел маятник с длиной подвеса 98 м. Сколько колебаний он совершает за одну минуту? (1 колебание)

• Материальная точка колеблется с частотой 10кГц. Определите период колебаний и число колебаний в минуту (0,0001с, 600000 колебаний)

• Крылья пчелы, летящий за нектаром, колеблется с частотой 420 Гц. Если она летит за нектаром со скоростью 7 м/с, сколько раз сделает взмахов крыльями, на расстояний 500 м (, ; n = = = 30000)

3. Мотивация учебной и познавательной деятельности.

1.Зреет рожь над жаркой нивой
И от нивы и до нивы
Гонит ветер прихотливый
Золотые переливы.
(А. Фет)

2.Куда ни погляди –
Пшеница
За валом вал ползет на взгорье,
До горизонта без границы
Бушует солнечное море.
(Ю. Оболенцев)

• О каких золотых переливах пишет Афанасий Фет и что за солнечное море бушует в стихотворении Юрия Оболенцева? (механические волны)

4. Определение темы урока.

Ассоциативный куст

Запишите тему урока: «Волновые явления. Длина волны. Скорость распространения волны».

5. Изложение нового материала.

Механическая волна – это колебания, которые перемещаются в пространстве и времени в упругой среде

.

Козьма Прутков писал: «Бросая в воду камешки, смотри на круги, ими образуемые; иначе такое бросание будет пустою забавою».

Эти круги (в виде чередующихся гребней и впадин) являются примером возмущения спокойной до этого поверхности воды.

Возникнув в одном месте, они сразу же начинают распространяться во все стороны. Это и есть волны.

Если в аквариуме или в ванной болтать рукой, тоже образуются волны. Источником этих волн является наша рука. Это самый простой вид колебаний волн, возникающие на поверхности жидкости, и расходящиеся из места возмущения в виде концентрических окружностей.

Волны на поверхности жидкости существуют благодаря действию на частицы жидкости сил тяжести и сил межмолекулярного взаимодействия.

Наиболее распространёнными среди волн этого типа являются морские волны, т. е. волны на поверхности морей и океанов.

Английский учёный А. Эддингтон писал, что «путешествующему на корабле кажется, что океан состоит из волн, а не из воды».

Первые признаки волн начинают появляться после того, как скорость ветра, действующего на поверхность воды, достигает 1,1 м/с. По мере увеличения ветра, высота гребней увеличивается.

Высота волн в Балтийском море доходит до 5 м, в Атлантическом океане – до 9 м, а в водах южного полушария, где водное кольцо охватывает всю Землю, наблюдались волны высотой 12 – 13 м, перемещающиеся со скоростью 20м/с.

Когда морские волны доходят до берега, то при резком изменении глубины могут наблюдаться чрезвычайно высокие взбросы воды. При этом кинетическая энергия огромных масс воды передаётся встречным (береговым) препятствиям, которые могут не выдержать напора воды и разрушиться. Разрушительная сила прибоя достигает больших значений. Так, например, в Шетландских островах на северо-востоке Шотландии можно найти обломки скал массой до 13 т, которые были выброшены на высоту около 20 м. А в Бильбао (Испания) прибоем был перевёрнут и сброшен с места бетонный массив в 1700 т.

Наряду с волнами на поверхности жидкости в механике изучают так называемые упругие волны – возмущения, распространяющиеся в различных средах благодаря действию в них сил упругости.

Возникновение упругой волны легко продемонстрировать на примере колебаний в гибком шнуре.

Демонстрация: гибкий шнур (скакалка). Один конец шнура жёстко укрепляют, а свободный конец хлыстовым движением перемещают в вертикальной плоскости. По шнуру начинает бежать упругая волна. В данном случае источником возмущения упругой среды является рука.

Волна возникает лишь тогда, когда вместе с внешним возмущением появляются силы в среде, противодействующие ему. Обычно это силы упругости.

Механические волны возникают и перемещаются лишь в упругих средах. Такие среды достаточно плотные и соударение частиц в них напоминает упругое соударение шаров. Это позволяет частицам в волне передавать избыток энергии соседним частицам. Частица, передав часть энергии, возвращается в исходное положение. Этот процесс продолжается дальше. Таким образом, вещество в волне не перемещается. С передачей движения волной связана передача энергии без переноса вещества. Частицы среды совершают колебания около своих положений равновесия.

В зависимости от того, в каком направлении частицы совершают колебания по отношению к направлению перемещения волны, различают продольные и поперечные волны.

В продольной волне частицы совершают колебания в направлениях, совпадающих с перемещением волны. Такие волны возникают в результате сжатия – растяжения. Следовательно, они могут возникнуть и в газах, и в твёрдых телах, и в жидкостях.

В поперечной волне частицы совершают колебания в плоскостях, перпендикулярных направлению перемещения волны. Такие волны возникают в результате сдвига слоев среды. Следовательно, они могут возникнуть только в твёрдых телах, т.к. в газах и жидкостях такой вид деформации невозможен.

Волны на поверхности воды (или любой другой жидкости) не являются ни продольными, ни поперечными. Они имеют сложный, продольно – поперечный характер.

Частицы жидкости движутся либо по окружностям, либо по вытянутым в горизонтальном направлении эллипсам. Круговое движение частиц на поверхности воды сопровождаются их медленным перемещением в направлении распространения волны. Именно этим объясняются все те «дары моря», которые можно обнаружить на берегу.

Любой физический процесс всегда описывается рядом характеристик, значения которых позволяют более глубоко понимать содержание процесса. Волновые явления в упругих средах также имеют определённые характеристики. С некоторыми мы знакомились при изучении механических колебаний.

Запись на доске:

А – амплитуда колебаний в волне (м)

(обучающиеся самостоятельно называют эту и последующие характеристики волны)

Т – период колебаний в волне (с)

ν – частота колебаний в волне (Гц)

- скорость волны (м/с

Каждая волна распространяется с какой–то скоростью.

Под скоростью волны понимают скорость распространения возмущения. Скорость волны определяется свойствами среды, в которой эта волна распространяется. При переходе из одной среды в другую её скорость изменяется.

– длина волны (м)

Выбрав направление распространения волны за направление оси ОХ и обозначив через У координату колеблющихся в волне частиц, можно построить график волны.

Длиной волны называется расстояние, на которое распространяется волна за время, равное периоду колебаний в ней.

Т.к. = const для данной среды, то

Из графика видно, что длина волны – это расстояние между двумя соседними гребнями или двумя впадинами.

• Как связаны между собой Т и ν? (Т = )

Значит, можно записать, что , а следовательно

При переходе волны из одной среды в другую её частота не изменяется, меняется лишь скорость и длина волны.

К сожалению, часто мы слышим о землетрясениях.

Волны, которые образуются в земной коре при различных тектонических процессах – называются сейсмическими.

6. Закрепление изученного материала.

• Что может являться источником волн?

• Происходит ли в волне перенос энергии? А вещества?

• На какие виды делят механические волны в зависимости от того, в каком

направлении частицы совершают колебания?

• Могут ли поперечные волны распространяться в жидкости или газе? А почему?

• Где могут возникать продольные волны? А поперечные?

• С какими характеристиками волн мы сегодня познакомились?

• Какая из них при переходе механической волны из одной среды в другую не

изменяется?

Задание. Определить по графику характеристики волн (какие возможно). Определить

длину волны, если известно, что скорость её распространения 20 м/с.

Ответ: А = 0,1 м; Т = 0,4 с; ν = 2,5 Гц; 8 м.

Задача 1. Расстояние между ближайшими гребнями волны в море 20 м. С какой скоростью распространяется волна, если период колебаний частиц в волне 10 с?

Решение:

Задача 2. Длина волны равна 2 м, а скорость её распространения 400 м/с. Определить, сколько полных колебаний совершает эта волна за 0,1 с.

Решение:

7. Подведение итогов урока. Оценивание учащихся.

8. Домашнее задание: Белага §§ 14, 15 (читать), выучить конспект, решить задачи

Для желающих: подготовить доклад или презентацию на одну из тем:

«Землетрясения», «Цунами», «Животные – индикаторы

приближающегося землетрясения».

Задача 1. Рыболов заметил, что за 5с поплавок совершил на волнах 10 колебаний, а

расстояние между соседними горбами волн 1м. Какова скорость

распространения волн?

Задача 2. Частота колебаний в волне 10000Гц, а длина волны 2 мм. Определить скорость

волны.

Волновые явления. Длина волны.

Скорость распространения волны.

Ассоциативный куст

Длиной волны называется расстояние, на которое распространяется волна за время, равное периоду колебаний в ней.

Длина волны – это расстояние между двумя соседними гребнями или двумя впадинами.

При переходе волны из одной среды в другую её частота не изменяется, меняется лишь скорость и длина волны.

Задание. Определить по графику характеристики волн (какие возможно). Определить длину волны, если известно, что скорость её распространения 20 м/с.

Задача 1. Расстояние между ближайшими гребнями волны в море 20 м. С какой скоростью распространяется волна, если период колебаний частиц в волне 10 с?

Задача 2. Длина волны равна 2 м, а скорость её распространения 400 м/с. Определить, сколько полных колебаний совершает эта волна за 0,1 с.

Домашнее задание: Белага §§ 14, 15 (читать), выучить конспект, решить задачи

Задача 1. Рыболов заметил, что за 5с поплавок совершил на волнах 10 колебаний, а

расстояние между соседними горбами волн 1м. Какова скорость распространения волн?

Задача 2. Частота колебаний в волне 10000Гц, а длина волны 2 мм. Определить скорость волны.

Для желающих: подготовить доклад или презентацию на одну из тем:

«Землетрясения», «Цунами», «Животные – индикаторы приближающегося

землетрясения».