Розробка уроку на тему «Механічні хвилі»

План-конспект уроку фізики  _________

в 10 класі

Тема.  Механічні хвилі

 Мета уроку:

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

 розвивальна – формувати в учнів вміння користуватися науково-популярною  літературою та виявлення творчих здібностей при розв’язуваннні вправ;

виховна – виховати трудолюбивість, точність і чіткість при відповідях  і  розв’язуванні завдань та навчити дітей «бачити» фізику навколо себе

Тип уроку: вивчення нового матеріалу

План уроку

Хід уроку

І. Організаційна частина

ІІ. Мотивація пізнавальної діяльності

ІІІ. 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.

^ 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.

^ 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.

^ 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.

^ Частоту коливань кожної точки середовища називають час­тотою хвилі ν. Величину, зворотну частоті, називають пе­ріодом хвилі: υ = λ ν.

^ 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:

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

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?

І V . 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— це відстань між двома найближчими точ­ками, що коливаються в одній фазі.
•                         

V.Домашнє завдання

П.:§46., вик впр №43(2-5)