УСІ УРОКИ ФІЗИКИ
11 КЛАС

ЕЛЕКТРОДИНАМІКА

2-й семестр

Коливання й хвилі

15 уроків

·       Механічні коливання

·       Математичний і пружинний маятники

·       Механічні хвилі

·       Звукові хвилі

·       Електромагнітні хвилі

·       Шкала електромагнітних хвиль

Тематичне планування

УРОК 1/23

Тема. Механічні коливання

Мета уроку: ознайомити учнів з одним з найпоширеніших рухів у природі й техніку — коливальним рухом.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.

ПЛАН УРОКУ

ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Що таке коливання?

Коливання — один з найпоширеніших видів руху в природі й техніці. Коливаються дерева в лісі, пшениця в поле, струни музичних інструментів, мембрана телефону. Коливаються площини й фюзеляж літака, кузов автомобіля, поршні двигуна. Коливальні рухи відбуваються й у житті нашої планети (землетрус, припливи й відливи), і в астрономічних явищах. З коливаннями ми зустрічаємося й у живій природі: биття серця, рух голосових зв’язок і т. ін.

Ø  Коливаннями називаються фізичні процеси, які точно або приблизно повторюються через однакові інтервали часу.

Залежно від фізичної природи розрізняють механічні й електромагнітні коливання.

Механічними коливаннями називаються такі рухи тіл, за яких через рівні інтервали часу координати рухомого тіла, його швидкість і прискорення набувають вихідних значень.

2. Основні характеристики коливань

Позначимо через х зсув коливного тіла від положення рівноваги. Під час коливань ця величина періодично змінюється, при цьому змінюється й знак х, тому що зсув від положення рівноваги відбувається то в один, то в інший бік.

Модуль найбільшого відхилення від положення рівноваги називають амплітудою коливань.

Позначимо амплітуду коливань хmах.

Якщо коливний вантаж за час t зробить N повних коливань, то час одного повного коливання:

Ø  Проміжок часу, протягом якого відбувається одне повне коливання, називають періодом коливань.

У СІ [Т] = с.

Повне коливання відбувається, наприклад, за час, коли тіло з одного крайнього положення повертається в це саме крайнє положення.

Ø  Число повних коливань, здійснюваних тілом за 1 с, називають частотою коливань.

Одиницею виміру частоти є герц (Гц): 1 Гц = 1/c.

3. Вільні коливання

Існують два види коливальних рухів:

а) вільні;

б) вимушені.

Ø  Вільні коливання — це коливання, що відбуваються в механічній системі під дією внутрішніх сил системи після короткочасної дії якоїсь зовнішньої сили.

До вільних коливань належать, наприклад, коливання вантажу на нитці, вантажу на пружині, чашки ваг і т. ін.

Тіло або систему тіл можна «змусити» робити коливання, прикладаючи зовнішню періодичну силу. Скажімо, гойдалку можна розгойдувати, періодично її підштовхуючи.

Ø  Коливання, що виникають під дією зовнішніх сил і змінюються з часом за величиною й напрямком, називаються вимушеними.

Розглянемо коливання вантажу на нитці або вантажу на пружині. У наведених прикладах система робила коливання біля положення стійкої рівноваги. Чому ж коливання виникають саме поблизу цього положення системи?

Справа в тому, що в разі відхилення системи від положення стійкої рівноваги рівнодійна всіх сил, прикладених до тіла, намагається повернути систему в положення рівноваги. Цю рівнодійну так і називають — обертальною силою. Однак, повернувшись у положення рівноваги, система внаслідок інерції «проскакує» його.

Після цього знову виникає обертальна сила, напрямлена тепер у протилежну сторону. Так і виникають коливання.

Щоб коливання тривали, необхідно, щоб сили тертя або сили опору були незначними.

Таким чином, для того щоб у системі відбувалися вільні коливання, необхідно, щоб було виконано дві умови:

1) система повинна перебувати поблизу положення стійкої рівноваги;

2) сили опору руху повинні бути досить незначними.

ПИТАННЯ ДО УЧНІВ У ХОДІ ВИКЛАДУ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

Перший рівень

1. Наведіть приклади механічних коливань у природі й техніці.

2. Як ви розумієте твердження про те, що коливальний рух є періодичним?

3. Скільки разів протягом одного періоду маятник проходить положення рівноваги?

4. Які величини, що характеризують коливальний рух, змінюються періодично?

Другий рівень

1. У чому принципова відмінність коливального руху від руху по колу?

2. У яких випадках коливання неможливі?

3. Які особливості мають сили, що зумовлюють коливальний рух?

ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ

1). Якісні питання

1. Якщо вночі сфотографувати лампочку, що розгойдується, то в разі тривалої експозиції на фотографії буде видна світла смуга. Чому краї цієї смуги світліші, ніж середина?

2. Рівнодійна яких сил відіграє роль обертальної сили у разі коливань вантажу, підвішеного:

а) на нитці;

б) на пружині?

2). Навчаємося розв'язувати задачі

1. Тіло за 10 с зробило 50 коливань. Чому дорівнює період коливань?

2. Під час коливань важок, підвішений на нитці, проходить через положення рівноваги з інтервалом 0,5 с. Чому дорівнює період коливань?

3. Тіло за 1 хв. зробило 30 коливань. Знайдіть період і частоту коливань.

4. Скільки коливань виконає матеріальна точка упродовж 5 с за частоти коливань 440 Гц?

ЩО МИ ДІЗНАЛИСЯ НА УРОЦІ

·       Коливаннями називаються фізичні процеси, які точно або приблизно повторюються через однакові інтервали часу.

·       Механічними коливаннями називаються такі рухи тіл, за яких через рівні інтервали часу координати рухомого тіла, його швидкість і прискорення набувають вихідних значень.

·       Модуль найбільшого відхилення від положення рівноваги називають амплітудою коливань хmах.

·       Проміжок часу, протягом якого відбувається одне повне коливання, називають періодом коливань: Т = t/N.

·       Кількість повних коливань, здійснюваних тілом за 1 с, називають частотою коливань: v = 1/T.

·       Вільні коливання — це коливання, що відбуваються в механічній системі під дією внутрішніх сил системи після короткочасної дії якоїсь зовнішньої сили.

·       Коливання, що виникають під дією зовнішніх сил і змінюються з часом за величиною й напрямком, називаються вимушеними.

·       Для того щоб у системі відбувалися вільні коливання, необхідно, щоб було виконано дві умови:

1) система повинна перебувати поблизу положення стійкої рівноваги;

2) сили опору руху повинні бути досить незначними.

Домашнє завдання

1. Підр.: § 19.

2. 3б.: № 10.1; 10.2; 10.3; 10.18.