Презентация к уроку физики в 11 классе на тему "Гармонические колебания. Амплитуда, период, частота и фаза колебаний. Превращения энергии при гармонических колебаниях"

11 класс ФИЗИКА

Гармонические колебания. Амплитуда, период, частота и фаза колебаний. Превращения энергии при гармонических колебаниях

Автор презентации: Попов Дмитрий Сергеевич

Повторите:

Механические колебания — это движения, которые точно или приблизительно повторяются через определенные интервалы времени.

Колебания делятся на два вида: свободные и вынужденные.

Современный мир невозможен без гармонических колебаний — любая электромагнитная волна их распространяет. Не было бы телефонов, интернета и других электронных средств. О том, что такое гармонические колебания — мы сегодня с вами поговорим на уроке.

Чтобы перейти к гармоническим колебаниям, нам нужно описать величины, которые помогут нам эти колебания охарактеризовать. Любое колебательное движение можно описать величинами: период, частота, амплитуда, фаза колебаний.

Характеристики колебаний

Период — это время одного полного колебания. Измеряется в секундах и обозначается буквой T.

Характеристики колебаний

Формула периода колебаний T  =

T — период [с]

t — время [с]

N — количество колебаний [—]

Также есть величина, обратная периоду — частота . Она показывает, сколько колебаний совершает система в единицу времени.

Характеристики колебаний

Формула частоты  = =

— частота [Гц] t — время [с] T — период [с] N — количество колебаний [—]

Также есть величина, обратная периоду — частота . Она показывает, сколько колебаний совершает система в единицу времени.

Характеристики колебаний

Формула частоты  = =

— частота [Гц] t — время [с] T — период [с] N — количество колебаний [—]

Амплитуда — это максимальное отклонение от положения равновесия. Измеряется в метрах и обозначается либо буквой A, либо x max .

Характеристики колебаний

Простейший вид колебательного процесса — простые гармонические колебания, которые описывают уравнением:

Гармонические колебания

Простейший вид колебательного процесса — простые гармонические колебания, которые описывают уравнением:

Гармонические колебания

(2πνt) в этом уравнении — это фаза. Ее обозначают греческой буквой φ

Фаза колебаний — это физическая величина, которая показывает отклонение точки от положения равновесия. Посмотрите на рисунок, на нем изображены одинаковые фазы:

Фаза определяет значение координаты и других физических величин, изменяющихся также по гармоническому закону.

Например, в тех же самых часах с кукушкой маятник совершает колебания. Он качается слева направо и приходит в самую правую точку. В той же фазе он будет находиться, когда придет в ту же точку, идя справа налево. Если мы возьмем точку на сантиметр левее самой правой, то идя в нее не слева направо, а справа налево, мы получим уже другую фазу.  

На рисунке показаны положения тела через одинаковые промежутки времени при гармонических колебаниях. Такую картину можно получить при освещении колеблющегося тела короткими периодическими вспышками света (стробоскопическое освещение). Стрелки изображают векторы скорости тела в различные моменты времени.

Если изменить период, начальную фазу или амплитуду колебания, графики тоже изменятся.

На рисунке во всех трех случаях для синих кривых начальная фаза равна нулю, а в последнем (с) — красная кривая имеет меньшую начальную фазу.

В первом случае (а) красная кривая описывает колебание, у которого амплитуда больше колебания, описанного синей линией.

Во втором случае (b) красная кривая отличается от синей только значением периода — у красной период в два раза меньше.

Циклическая (круговая) частота колебаний

Зависимость частоты и периода свободных колебаний от свойств системы

Собственная частота колебаний тела, прикрепленного к пружине равна:

Она тем больше, чем больше жесткость пружины k, и тем меньше, чем больше масса тела m. Это легко понять: жесткая пружина сообщает телу большее ускорение, быстрее меняет скорость тела. А чем тело массивнее, тем медленнее оно изменяет скорость под влиянием силы. Период колебаний равен:

Превращения энергии при гармонических колебаниях

Задача 1

Определите путь, пройденный материальной точкой, колеблющейся с частотой ν = 500 Гц за промежуток времени Δt = 1,5 c, если амплитуда колебаний A = 5,0 мм.

Задача 2

Материальная точка совершает гармонические колебания, период которых T=0,2с, амплитуда А=0,04м, а начальная фаза . Запишите закон колебаний материальной точки, если в начальный момент времени отклонение точки максимально.

Решение:

1. Изучите §§14, 15. 2. Решите задачи:

1. Струна совершает колебания с частотой 300

Гц. Определите число колебаний, совершаемых струной за промежуток времени 4с.

2. Материальная точка за промежуток времени Δt = 1,0 мин

совершила N = 180 колебаний. Определите период, частоту и циклическую частоту колебаний.