Разработка урока Механические волны. Поперечные и продольные волны. Длина волны. Скорость волны

Тема: Механические волны. Поперечные и продольные волны. Длина волны. Скорость волны
Цели урока: познакомить студентов с условиями возникновения волн и их видами, изучить характеристики механических волн;
расширить представления обучающихся об окружающем мире, обилии волновых процессов в нем, развивать навыки анализа явлений с точки зрения физической науки, формировать логическое мышление;
воспитывать умения самостоятельно добывать знания, толерантность при работе в парах.
Тип урока: урок усвоения новых знаний.
Оборудование и наглядность: учебник Физика 11 класс, опорный конспект, проектор, ноутбук, презентация: «Механические волны».
ХОД УРОКА

I. Организационный этап.
II. Актуализация опорных знаний и умений
- Что такое волна, как вы понимаете? (Колебания, которые перемещаются в пространстве и времени, называются волной).
III. Изучение нового материала.
Введение в тему (Психологическая игра).
Сядьте поудобнее, закройте глаза, расслабьтесь, отвечайте быстро, не задумываясь: Какие ассоциации возникают у вас при слове «ВОЛНА»? (Включается звуковое сопровождение «Морской прибой»)
Ответы:
волны на море
звуковая волна
сейсмическая волна
ударная волна
План изучения новой темы
Определение механических волн.
Поперечные волны.
Продольные волны.
Определение длины волны.
Формула связи длины волны, скорости её распространения и периоду (частоты).
Лекция с демонстрацией презентации
V. Закрепление изученного материала.
Вопросы:
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?
Бросая в воду камешки, видим круги, ими образуемые. 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.
Это самый простой вид колебаний волн, которые возникают 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 5м, в Атлантическом океане – до 9м, а в водах южного полушария, где водное кольцо охватывает всю Землю, наблюдались волны высотой 12 – 13м, 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 можно найти обломки скал массой до 13т, которые были выброшены на высоту около 20м. А в Бильбао (Испания) прибоем был, перевёрнут и сброшен с места бетонный массив в 1700т.
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.
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 была 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.
А – амплитуда колебаний в волне
В каких единицах измеряется амплитуда?
Т – период колебаний в волне
В каких единицах измеряется период?

· – частота колебаний в волне
В каких единицах измеряется частота?
 - скорость волны.
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. Кроме уже знакомых нам характеристик, важной характеристикой волны является – длина волны.
Длиной волны называется расстояние, на которое распространяется волна за время, равное периоду колебаний в ней.
Т.к.  = const для данной среды, то 
Вопрос: Как связаны между собой Т и
·?
Подставляя вместо Т,
·, получаем: 
При переходе волны из одной среды в другую её частота не изменяется, меняется лишь скорость и длина волны.
Довольно к сожалению часто мы слышим о землетрясениях, волны, которые образуются в земной коре при различных тектонических процессах – называются сейсмическими.
Презентация «Землетрясения. Цунами» 
IV. Закрепление изученного материала.
Вопросы:
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?
Решить задачи на применение выше изученного материала:
В океанах длина волны достигает 300 м, а период 13,5 с. Определите скорость распространения такой волны.
Определите длину волны при частоте 200 Гц, если скорость распространения волн равна 340м/с.
Рыболов заметил, что за 10 с поплавок совершил на волнах 20 колебаний, а расстояние между соседними горбами волн 1,2 м. Какова скорость распространения волн?
V. Подведение итогов урока. Выводы. Рефлексия.
Что нового вы узнали?
Что было самым трудным?
Что было самым неожиданным?
VI. Домашнее задание:
§ - 29, вопросы к §.
Решить задачу: Лодка качается на волне с частотой 0,5 Гц. Чему равна скорость этой волны, если расстояние между соседними гребнями - 3 м?
Подготовить информацию «Сейсмические волны».















ОК
Распространение колебаний от точки к точке, от частицы к частице в упругой среде называется механической волной. Если закрепить один конец упругого шнура, а другому сообщить колебания в направлении, перпендикулярном шнуру, то вдоль него будут распространяться колебания, т. е. будет создаваться волновое движение. Волна представляет собой колебания, которые при своем распространении не переносят с собой вещество. Волны переносят энергию из одной точки пространства в другую. Представим себе, что мы имеем систему шариков, связанных упругими пружинами и расположенными вдоль оси х. При колебании точки 0 вдоль оси у с частотой w согласно уравнению
у = А cos wt,
каждая точка этой системы будет также совершать колебания, перпендикулярные оси х, но с некоторым отставанием по фазе. 

Рис 1
Это запаздывание связано с тем, что распространение колебаний по системе происходит с некоторой конечной скоростью v и зависит от жесткости пружин, соединяющих шарики. Смещение шарика, отстоящего от точки 0 на расстоянии х, в любой момент времени t будет точно таким же, как смещение первого шарика в более ранний момент времени. Так как каждый из шариков характеризуется тем расстоянием х, на которое он отстоит от точки 0, то его смещение из положения равновесия при прохождении волны.  Если смещение частиц совершается вдоль направления распространения волны, то такие волны называются продольными. Если смещение частиц происходит перпендикулярно направлению распространения волны, то волна называется поперечной (рис. 1). Расстояние, на которое распространяется колебание за время одного периода Т, называется длиной волны и обозначается буквой :
 =  · T
Так как период T колебаний связан с частотой
· колебаний соотношением:
T = , то  или 
Каждая величина в системе СИ выражается:
– длина волны (м) метр;
T – период колебания волны (с) секунда;
 – частота колебания волны (Гц) Герц;
 – скорость распространения волны (м/с)
При распространении волн происходит передача энергии без переноса вещества




ОК
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
Мы переходим к изучению вопросов, связанных с волнами. Поговорим о том, что такое волна, как она появляется и чем характеризуется. Оказывается, помимо просто колебательного процесса в узкой области пространства, возможно еще и распространение этих колебаний в среде, именно такое распространение и есть волновое движение.
Перейдем к обсуждению этого распространения. Чтобы обсудить возможность существования колебаний в среде, мы должны определиться с тем, что такое плотная среда. Плотной средой называют такую среду, которая состоит из большого числа частиц, взаимодействие которых очень близко к упругому. Представим следующий мысленный эксперимент.
 
 
Рис. 1. Мысленный эксперимент
 
 
 
 
 
 
Поместим в упругую среду шар. Шар будет сжиматься, уменьшаться в размерах, а потом расширяться наподобие биения сердца. Что в этом случае будет наблюдаться? В этом случае частицы, которые прилегают вплотную к этому шару, будут повторять его движение, т.е. удаляться, приближаться – тем самым будут совершать колебания. Поскольку эти частицы взаимодействуют с другими более удаленными от шара частицами, то они также будут совершать колебания, но с некоторым запаздыванием. Частицы, которые к этому шару прилегают вплотную, совершают колебания. Они будут передаваться другим частицам, более далеким. Таким образом, колебание будет распространяться по всем направлениям. Обратите внимание, в данном случае произойдет распространение состояния колебаний. Такое распространение состояния колебаний мы и называем волной. Можно сказать, что
Процесс распространения колебаний в упругой среде с течением времени называется механической волной.
Обратите внимание: когда мы говорим о процессе возникновения таких колебаний, надо говорить о том, что они возможны, только если существует взаимодействие между частицами. Другими словами, волна может существовать только тогда, когда есть внешняя возмущающая сила и силы, которые противостоят действию силы возмущения. В данном случае это силы упругости.
Механические волны могут распространяться в упругой среде.
Упругой, называется среда, которая состоит из большого количества частиц, взаимодействующих между собой силами упругости.
Процесс распространения в данном случае будет связан с тем, какова плотность и сила взаимодействия между частицами данной среды.
Отметим еще одну вещь.
Волна не переносит вещества. Ведь частицы совершают колебания возле положения равновесия. Но вместе с тем волна переносит энергию. Этот факт можно проиллюстрировать волнами цунами. Вещество не переносится волной, но волна переносит такую энергию, которая приносит большие бедствия.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
Поговорим о типах волн. Существуют две разновидности – волны продольные и поперечные. Что такое продольные волны? Эти волны могут существовать во всех средах. И пример с пульсирующим шаром внутри плотной среды – это как раз пример образования продольной волны. Такая волна представляет собой распространение в пространстве с течением времени. Вот это чередование уплотнения и разряжения и представляет собой продольную волну. Еще раз повторюсь, что такая волна может существовать во всех средах – жидких, твердых, газообразных.
Продольной называется волна, при распространении которой частицы среды совершают колебания вдоль направления распространения волны.
Рис. 2. Продольная волна
 
 
 
Что касается поперечной волны, то поперечная волна может существовать только в твердых телах и на поверхности жидкости.
Поперечной называется волна, при распространении которой частицы среды совершают колебания перпендикулярно направления распространения волны.
 
Рис. 3. Поперечная волна
 
 
 
 
Скорость распространения продольных и поперечных волн разная, но это уже тема следующих уроков.
Определение продольных и поперечных волн
Анимация «Образование продольных и поперечных волн»
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ][ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Рисунок «Продольные и поперечные волны»
Длина волны. Скорость распространения волн
Механическая волна – это колебание, которое распространяется с течением времени в упругой среде. Раз это колебание, волне будут присущи все характеристики, которые соответствуют колебанию: амплитуда, период колебания и частота. Кроме этого, у волны появляются свои особые характеристики. Одной из таких характеристик является длина волны. Обозначается длина волны греческой буквой l (лямбда, или говорят «ламбда») и измеряется в метрах.
А – амплитуда [м]
Т – период [с]

· – частота [Гц]
l – длина волны [м]
Длина волны – это наименьшее расстояние между частицами, совершающими колебание с одинаковой фазой.
 
 
Рис. 1. Длина волны, амплитуда волны
 
 
 
 
Говорить о длине волны в продольной волне сложнее, потому что там пронаблюдать частицы, которые совершают одинаковые колебания, гораздо труднее. Но и там есть характеристика – длина волны, которая определяет расстояние между двумя частицами, совершающими одинаковое колебание, колебание с одинаковой фазой.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
Следующая характеристика – это скорость распространения волны (или просто скорость волны). Скорость волны обозначается, так же как и любая другая скорость, буквой V и измеряется в м/с. Как наглядно объяснить, что такое скорость волны? Проще всего это сделать на примере поперечной волны. Представьте себе летящую над гребнем волны чайку. Ее скорость полета над гребнем и будет скоростью самой волны.
 
 
Рис. 2. К определению скорости волны
 
 
 
 
 
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
Скорость волны зависит от того, какова плотность среды, каковы силы взаимодействия между частицами этой среды. Запишем связь между скоростью волны, длиной волны и периодом волны: [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ].Формула «Длина волны»
Скорость можно определить как отношение длины волны, расстояние, пройденное волной за 1 период, к периоду колебания частиц среды, в которой распространяется волна. Кроме этого, вспомним, что [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]. Тогда имеем еще одно соотношение для скорости волны: V = l
·.
Важно заметить, что
при переходе волны из одной среды в другую изменяются ее характеристики: скорость движения волн, длина волны. А вот частота колебания остается прежней.

[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ][ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]










13PAGE \* MERGEFORMAT14815




Рисунок 1Рисунок 3Рисунок 4Рисунок 1Рисунок 2Рисунок 3Рисунок 4Рисунок 5Рисунок 7Рисунок 9Рисунок 10еђ Заголовок 1 Заголовок 215

Приложенные файлы


Добавить комментарий