«Поширення механічних коливань в пружному середовищі. Повздовжні та поперечні хвилі»

Державний навчальний заклад «Вінницький центр професійно – технічної освіти технологій та дизайну»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Відкритий урок з фізики

«Поширення механічних коливань в пружному середовищі. Повздовжні та поперечні хвилі»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                  Викладач

Кравчук О. М.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вінииця 2022

Тема уроку: Поширення механічних коливань в пружному середовищі. Повздовжні та поперечні хвилі.

Дидактична мета уроку: ознайомлення з поширенням механічних коливань у пружному середовищі – хвилями; видами хвиль: сферичні та плоскі, поздовжні та поперечні; їх основними характеристиками: амплітудою, періодом, частотою, довжиною, швидкістю.

Розвивальна мета уроку: Розвивати математичну компетентність та компетентність у науках та технологіях, вміння аналізувати навчальний матеріал, умови задач, пробуджувати в учнів пізнавальний інтерес, стимулювати розвиток ініціативи, кмітливості.

Виховна мета уроку: Виховувати цілеспрямованість в досягненні поставленої мети та відповідальне відношення до праці.

Методична мета: Використання комп’ютерних технологій при викладані матеріалу.

Ключові та предметні компетентності: математична компетентність, компетентність у технологіях та комп’ютерна, мовна компетентність.

Тип  уроку:   Урок узагальнення й систематизації вивченого матеріалу.

Форма організації навчальної роботи: групова

Методи і прийоми навчання: пояснювально – ілюстративний, аналіз інформації, фронтальне опитування.

Оцінювання: традиційне, за 12-бальною системою.

Час проведення: 45 хвилин

Матеріально – технічне і дидактичне забезпечення:  проектор, ноутбук, диск, картки-завдання, презентації, підручник.

Міжпредметні зв’язки: математика,історія, географія, біологія, перукарська справа.

 

 

 

 

 

 

 

 

Хід уроку

                                                           ЕПІГРАФ

Наука виграє, коли її крила розковані фантазією

                                                                       Майкл Фарадей  

І. Організаційний момент

Створення психологічної атмосфери уроку; підготовка необхідного обладнання; залучення учнів до ділового ритму уроку.

ІІ. Актуалізація опорних знань учнів. Мотивація навчальної діяльності

На минулих уроках ми з вами ознайомимося з такими поняттями, як механічні коливання, фізичний та математичний маятники. Ознайомилися з природою їх виникнення, величинами, що їх характеризують, а саме амплітуда, період та частота коливань.

А навіщо взагалі ми вивчаємо коливання або хвильовий рух? Справа в тому, що хвильові явища мають величезне значення для повсякденного життя. До цих явищ належить поширення звукових коливань, Обумовлене пружністю навколишнього повітря. Завдяки пружним хвилям ми можемо чути на відстані. Кола, що розбігаються на поверхні води від кинутого каменя, дрібні брижі на поверхні озер і величезні океанські хвилі - це теж механічні хвилі, хоча і іншого типу. Тут зв'язок суміжних ділянок поверхні води обумовлені не пружністю, а силою тяжіння або ж силами поверхневого натягу.

Цунамі - величезні океанські хвилі. Всі про них чули, але чи знаєте ви, чому вони утворюються? Виникають вони, головним чином, при підводних землетрусах, коли відбуваються швидкі зсуви ділянок морського дна. Можуть виникати вони також в результаті вибухів підводних вулканів і сильних обвалів.

У відкритому морі цунамі не тільки не руйнівні, але, більш того, вони непомітні. Висота хвиль цунамі не перевищує 1-3 м. Якщо така хвиля, що володіє величезним запасом енергії, стрімко пронесеться під кораблем, то той лише плавно підніметься, а потім так само плавно опуститься. А проноситься хвиля цунамі по океанських просторах стрімко, зі швидкістю 700-1000 км/год.

Для порівняння, з такою ж швидкістю летить сучасний реактивний лайнер.

Будучи абсолютно безпечною у відкритому океані, така хвиля стає вкрай небезпечною в прибережній зоні. Всю свою невитрачену величезну енергію вона вкладає в нищівний удар по берегу. При цьому швидкість хвилі зменшується до 100-200 км/год, висота ж зростає до десятків метрів.

Останній раз цунамі обрушилося на Індонезію в грудні 2004 року і забрала життя понад 120 тисяч людей, понад мільйон людей залишилися без даху.

Ось чому так важливо вивчати ці явища і, по можливості, запобігати подібним трагедіям.

У повітрі можуть поширюватися не тільки звукові хвилі, а й руйнівні вибухові хвилі. Сейсмічні станції записують коливання грунту, викликані землетрусами, що відбуваються за тисячі кілометрів. Це можливо тільки тому, що від місця землетрусу поширюються сейсмічні хвилі - коливання в земній корі.

Величезну роль відіграють і хвильові явища зовсім іншої природи, а саме електромагнітні хвилі. До явищ, обумовленим електромагнітними хвилями, відноситься, наприклад, світло, значення якого для життя людини важко переоцінити.

 ІІІ. Повідомлення теми й мети уроку

Сьогодні ми познайомимося з процесом поширення механічних коливань у пружному середовищі. Ми намагатимемося з’ясувати умови, необхідні для поширення хвиль, характеристики хвиль, види хвиль та випадки, де у повсякденному житті ми зустрічаємось з механічними хвилями.

ІV. Вивчення нового матеріалу

          Поширення коливань у пружному середовищі називають хвильовим процесом або хвилею.

          Середовище називають пружним, якщо під час його деформації виникають сили, які протидіють цій деформації, — сили пружності.

         За фізичною природою розрізняють електромагнітні хвилі (наприклад, радіо-хвилі, світло) і механічні хвилі.

          Будь-яка механічна хвиля створюється тілом, яке коливається, — джерелом хвилі. Здійснюючи коливальний рух, джерело хвилі деформує прилеглі до нього шари середовища (стискає та розтягує їх або зсовує). У результаті виникають сили пружності, які діють на сусідні шари середовища та спонукають їх здійснювати вимушені коливання. Ці шари, у свою чергу, деформують наступні шари та змушують їх коливатися. Поступово, один за одним, усі шари середовища долучаються до коливального руху — середовищем поширюється механічна хвиля.

Властивості хвильового руху

1. Хвилі поширюються в середовищі зі скінченною швидкістю: коливальний рух від однієї точки середовища до іншої передається не миттєво, а з певним запізненням.

2. Джерелом механічних хвиль завжди є тіло, що коливається; оскільки коливання частинок середовища в ході поширення хвилі є вимушеними, то частота коливань кожної частинки дорівнює частоті коливань джерела хвилі.

3. Механічні хвилі не можуть поширюватись у вакуумі.

4. Хвильовий рух не супроводжується перенесенням речовини — частинки середовища тільки коливаються біля деяких положень рівноваги.

5. Із приходом хвилі частинки середовища починають рухатися (набувають

кінетичної енергії). Це означає, що під час поширення хвилі відбувається перенесення енергії. Перенесення енергії без перенесення речовини — найважливіша властивість будь-якої хвилі.

          Розрізняють поперечні та поздовжні механічні хвилі.

 

 

          Поперечними хвилями називаються хвилі, в яких коливання частинок середовища відбуваються перпендикулярно до напрямку поширення хвилі.

У поперечній хвилі відбувається почерговий зсув одних шарів середовища відносно інших. Деформація зсуву спричиняє появу сил пружності тільки у твердих тілах, тому поперечні хвилі можуть поширюватися тільки у твердих тілах.

         Поздовжніми називаються хвилі, в яких коливання частинок середовища відбуваються вздовж напрямку поширення хвилі.

У поздовжній хвилі відбувається почергове стиснення або розтягнення середовища. Такі деформації спричиняють появу сил пружності в будь-якому середовищі, тому поздовжні хвилі можуть поширюватись у всіх середовищах (рідких, твердих, газоподібних).

          Хвилі на поверхні води не є ані поздовжніми, ані поперечними. Це хвилі змішаного типу. Частинки води переміщуються як уздовж напрямку поширення хвилі, так і перпендикулярно до нього. У загальному випадку

частинки рухаються по еліпсах.

Параметри хвиль

         Хвилі подібно до коливань характеризуються параметрами.

         Вищі точки хвильового руху називають гребенями, а нижні – западинами.

          Амплітуда А – максимальна висота гребеня чи глибина западини, виміряна відносно нульового рівня (або положення рівноваги). Повний розмах коливань від гребеня до западини дорівнює подвійній амплітуді.

         Відстань між двома сусідніми гребенями – довжина хвилі λ.

         Одиниця довжини хвилі в СІ — метр: [λ] = 1 м (m).

          Частота хвилі ν – це  кількість гребенів хвилі, які проходять через дану точку за одиницю часу (або кількість повних коливань). Циклічна частота w – кількість коливань за 2П секунд.

          Період хвилі Т – час, упродовж якого частинки середовища здійснюють одне повне коливання.

         Швидкість хвилі υ – це фізична величина, чисельно рівна відстані, на яку поширюється хвиля за одиницю часу. Хвилі будь-якої природи поширюються рівномірно зі скінченою швидкістю, яка залежить від виду хвиль та властивостей середовища.

V. Закріплення вивченого матеріалу. Розв’язування задач

    Задача 1. Визначте найменшу відстань між двома точками, що коливаються з однаковими фазами, якщо хвиля поширюється зі швидкістю 365 м/с, а частота коливань становить 90 Гц.

Дано:	Розв’язання   Відповідь: .

 

Задача 2. Хвиля від катера, що рухається по озеру, дійшла до берега за одну хвилину. Відстань між сусідніми гребенями хвилі дорівнює 1,5 м, а проміжок часу між послідовними ударами хвилі об берег становить 2 с. Визначте відстань від катера до берега.

Дано:

Розв’язання   Відповідь:

        Задача 3. Чим відрізняються одна від іншої хвилі, зображені на рис. 2?

 

Рис.2

      Відповідь : Амплітудою. Зсувом по фазі

      Задача 4. Визначте частоту коливань намистини масою 3 г, підвішеної на волоссі жорсткістю 120 Н/м.

Дано:   Знайти: ν-?

Розв’язання = 6,28* = 6,28 * 0,05 = 0,314 с. ν=≈ 3,2 Гц.   Відповідь: ≈ 3,2 Гц.

 

VІ. Підсумок уроку та рефлексія

         Нормальний пульс у підлітка (16 –17років) - 60-80 ударів за хвилину.

ЗАВДАННЯ:

1.Відшукайте пульс, підрахуйте число пульсацій крові за 15 с.

2.Визначте число пульсацій за 1 хвилину (порівняйте з нормою).

3.Визначте частоту коливань серцевого м’язу (в Гц).

4.Визначте період коливань серцевого м’язу.

VІІ. Оцінювання навчальних досягнень учнів

VІІI. Домашнє завдання

• В. Г. Бар’яхтар, С. О. Довгий Фізика 10 клас, 2018 р. §22
• Вправа 22 (задача №1, 2, 3)