Механические колебания - Колебания и волны

Цель: изучить свойства и основные характеристики периодических (колебательных) движений.

Демонстрации: примеры колебательных движений; получение временной развертки колебаний.

Ход урока

I. Анализ итогов контрольной работы

Перед началом изучения новой темы необходимо подвести итоги контрольной работы, сделать краткий анализ. Как правило, типичными ошибками при выполнении контрольных работ бывают:

- отсутствие перевода единиц в систему СИ;

- ошибки при выполнении арифметических операций;

- отсутствие чертежей и сопутствующих кратких пояснений.

Чтобы привлечь внимание учащихся, достаточно привести в качестве примера оформление и решение одной из задач контрольной работы.

II. Изучение нового материала

План изложения нового материала:

1. Виды колебаний. Демонстрации различных видов колебаний.

2. Период, частота, амплитуда колебаний.

3. Графическое представление колебательного движения.

1. Переходя к изложению нового материала, можно сразу показать два типа периодических движений. Эго - движение груза, закрепленного на нити, и груза на пружине (рис. 105).

Совершенно очевидно, что эти два вида движения отличаются, скажем, от поступательного движения тем, что эти движения являются периодическими.

Но есть еще одно отличие. Движение тела по окружности тоже периодическое, но оно отличается от рассматриваемых. Отличие заключается в том, что тела на рис. 103 в своем движении проходят положение равновесия.

Такой тип механического движения, когда тело за определенные промежутки времени старается повторить свое движение, проходя при этом положение равновесия, называется механическими колебаниями.

Важно заметить, что за положение равновесия принимают ту точку, в которой при отсутствии движения груза результирующая сила равна 0.

2. Как и любое движение, колебательное характеризуется рядом величин. Основными такими величинами при колебательном движении являются: период (Т), амплитуда (А), частота (v - «ню»)

Под периодом колебаний понимают время, в течение которого совершается одно полное колебание. Период измеряется в секундах:

[Т] = с.

Под частотой понимают число полных колебаний за одну секунду.

Если за 1 с совершается одно колебание, то говорят, что частота равна 1 Гц.

[v] = Гц.

Эта единица названа в честь немецкого физика Г. Герца. Для того чтобы найти частоту колебаний, нужно 1 с отнести к периоду колебаний.

Под амплитудой колебаний А понимают максимальное отклонение колеблющегося тепа от положения равновесия. Амплитуда измеряется в метрах:

[А] = м.

Часто период и частоту можно находить, зная произвольное время t и число колебаний за этот отрезок n:

3. Так как в процессе колебаний положение тела меняется, то очень удобно изменение смещения тела от положения равновесия во времени представлять графически.

Подготовив один из вариантов установки, предложенных в учебнике на с. 47, учитель демонстрирует вид траектории движения тела. График зависимости смещения х от времени изображен на рис. 106. График показывает, что на каждом периоде колебаний Г амплитуда колебаний убывает. Это связано с наличием трения в системе. Если трение очень мало, то амплитуда убывает очень медленно, и колебания долго не затухают.

Следует обратить внимание учеников, что по таким графикам очень удобно определять все характеристики колебательного движения, а именно, период (T), амплитуду (А) и частоту (v).

Например, по графику колебаний, изображенному на рис. 107, считываем:

А = 0,1 м,

Т = 0,8 с,

v= 1/Г= 1,25 Гц.

Далее можно предложить ученикам самостоятельно определить по заданному графику параметры движения тела.

III. Закрепление изученного

С целью закрепления материала учитель может в конце урока предложить несколько простых задач по изученной теме:

- Какие из перечисленных ниже движений являются механическими колебаниями: а) движение качелей; б) движение мяча, падающего на землю; в) движение звучащей струны гитары.

- За 2 с маятник совершил 8 колебаний. Чему равен период колебаний маятника?

- Частота колебания тела 2000 Гц. Чему равен период колебаний?

- За 5 с маятник совершил 10 колебаний. Чему равна частота колебаний маятника?

Домашнее задание

1. § 17 учебника; вопросы и задания к параграфу.

2. Задачи и упражнения (учебник, с. 126) № 91-96.

3. Сборник задач В. И. Лукашика, Е. В. Ивановой, № 857, 859.