МПК Магнитопорошковый метод. Удк 372. 8 53 16 ббк 74. 262. 22 С серия Классический курс основана в 2007 году
 Скачать 6.65 Mb.
|
|
Глава V. МЕХАНИЧЕСКИЕ ВОЛНЫ При кратковременном изучении механических волн важно выбрать экономную логическую последовательность изложения материала. По нашему мнению, проще всего использовать следующие этапы а) выделение и определение волн б) виды волн и их основные свойства в) характеристики или средства описания волн г) примеры применения волновых процессов в технике, проявления в природе. При организации каждого урока следует учесть, что сама последовательность изучения вопроса является предметом усвоения. Урок 1. Механические волны Задачи урока ввести новое понятие — механическая волна, установить связь между колебательными волновым процессами, ввести характеристики волн сформировать умения выделять механические волны, определять их свойства и характеристики. План урока Этапы урока Время, мин Приёмы и методы. Организационный момент. Изучение нового материала постановка учебной проблемы, понятие о волне, характеристики волны, виды волн. Отработка изученного материала. Подведение итогов. Домашнее задание 25—35 10—15 Сообщение учителя о плане работы. Запись темы урока Демонстрация явлений. Рассказ и беседа по вопросам. Записи в тетрадях, работа с рисунками учебника Самостоятельная работа по наблюдению и описанию волн. Решение задач Выделение главного с помощью таблиц. Запись надо- ске и комментарий учителя. Прежде всего познавательная мотивация вначале урока обеспечивается чёткой постановкой учебной проблемы. В окружающем нас мире многие физические системы могут приходить в колебательное движение. (В качестве примера учитель демонстрирует опыт с камертоном без резонаторного ящика) Наблюдения убеждают, что колебания одной системы могут передаваться другим системам. Так происходит резонанс математических маятников. Учитель ставит вопрос как передаются колебания от одной системы к другой. Приведём последовательность рассмотрения нового материала. С помощью демонстрации волны на поверхности воды и упругих колебаний на шнуре вводят понятие о волне, о механизме распространения колебаний. При объяснении распространения колебаний на шнуре используют рисунки 5.2, 5.3, 5.5 учебника. Обсуждают вопросы что наблюдается на поверхности воды, если периодические касается точечный вибратор На основе чего можно утверждать, что колебания воды, происходящие на поверхности водном месте, распространяются в другие места Происходит ли перемещение поплавка рыбацкой удочки, если на поверхности водоёма идут волны Выскажите гипотезу о причине передачи колебаний от одной точки к другой на резиновом шнуре (поверхности воды). Передача колебаний от одной частицы к другой возможна лишь при взаимодействии частиц. В этом случае колебательное движение первой частицы приводит к периодическому изменению её действия на вторую частицу и, как следствие, к колебаниям последней. Демонстрационно или фронтально) можно показать передачу колебаний на примере маятников с керамическими магнитами (рис. 63). 2. Учитель вводит понятия о длине волны (обязателен рисунок, демонстрация на волновой машине, периоде колебаний (как времени, за которое волна распространяется на длину волны, скорости. Формула, связывающая эти величины, записывается в тетради. Важнейшее свойство волны — передача энергии колебаний. Как с помощью простейших наблюдений доказать, что волна переносит энергию (Повторяют опыт — см. рис. 63.) 3. Волны можно различать по многим параметрам (характеристикам среде распространения, длине волны и частоте, скорости и т. д. Наиболее существенным является деление волн на основе соотнесения направления колебания частиц и направления распространения волны. Выделяют поперечные и продольные волны. Демонстрируют примеры тех и других волн. В заключение обращают внимание на профиль волны и его распространение (рис. 5.9 учебника. Ключевой вопрос для обсуждения почему происходит смещение профиля волны? Краткое повторение изученного материала может быть выполнено по таблице 17. Возможны следующие варианты учитель повторно рассказывает самое главное ученики воспроизводят конспект, который был составлен одновременно с изучением нового материала один из учеников повторяет материал по конспекту. Отработка изученного материала продолжается при выполнении экспериментального задания по наблюдению волн на поверхности воды с небольшой высоты (около 10 см) капают из пипетки на поверхность воды в стакане. По результатам наблюдения в коллективной беседе обсуждают вопросы какую форму имеет фронт образовавшейся волны Как доказать, что образовавшаяся волна поперечная Меняется ли со временем скорость распространения волны? Рис. 63 Для группового и самостоятельного решения подбираются качественные и рас ч ё т н ы е задачи на формулу связи скорости, длины волны и частоты. Примеры задач. На поверхности воды волна распространяется со скоростью 4 мс. Чему равна частота колебаний поплавка, если длина волны 2 м 100 2. Какие точки волны колеблются в одинаковой фазе (рисе учебника. Оцените длину волны на поверхности воды (рис. 5.1 учебника. Домашнее задание § 29. В продолжение классной работы индивидуально предлагаются исследования. Налейте в тарелку воды. С помощью пипетки капайте воду в середину тарелки. Каков фронт волны, образовавшейся на поверхности воды Наблюдается ли отражённая от краёв тарелки волна Каков виде фронта Как она распространяется. С помощью пипетки капайте воду ближе к краю тарелки. Наблюдается ли в этом случае отражённая волна Каков её фронт Выполните рисунок. В каком направлении распространяется волна. Опустите на поверхность воды какой-нибудь лёгкий предмет (например, чаинку или спичку. Капайте воду из пипетки для образования волны на поверхности воды. Наблюдается ли передвижение чаинки вместе с фронтом волны В каком движении участвует чаинка? Урок 2*. Уравнение гармонической волны. Решение задач Задачи урока ввести понятие об уравнении волны продолжить формирование умений выделять и описывать механические волны. Ход урока. Вначале урока организуют фронтальное повторение изученного материала, при этом используют эксперимент. Вопросы что такое волна Почему возникают волны Почему колебания распространяются в среде Какие волновые явления можно выделить Ответ. Распространение, отражение, преломление волн, затухание волны) Чем отличается поперечная волна от продольной Как экспериментально определить длину волны? Почему механическая волна относится к механическим явлениям Ответ. В ней происходит изменение положения частиц в пространстве стечением времени) Какова основная задача механики Как решить основную задачу механики для волны — учебная проблема урока. С помощью учебника коллективно изучают новый материал. По рисунку 5.10 учебника учитель задаёт вопросы как движется точка А среды, до которой дошла волна Как определить положение точки в момент времени t, если она находится на расстоянии хот источника волны (начала колебаний Что надо знать для определения положения точки волны? О волнах в средах следует доклад двух учеников один демонстрирует опыты, другой ведёт рассказ. Примерная логика рассказа а) волны существуют в среде, они сильно зависят от свойств среды б) виды волн по форме среды (линейные, плоские, сферические, по виду среды (газы, жидкости, твёрдые тела, по направлению скорости волны и колебаний, по характеристикам (скорости волны, амплитуде, частоте, переносимой энергии и др в) примеры распространения волн в природе и использования в технике (электростанции на приливной волне, сёрфинг на морской волне, сейсмографы землетрясений и др.). Формирование умения описывать механические волны физическими величинами организуется при решении задач и. Мимо рыболова в лодке прошло 6 гребней волны за 20 с. Определите длину волны. Чему равен период колебаний точек волны, если скорость волны равна 2 м/с? Анализ физического явления. В условии задачи прямо названо явление — это механическая волна на поверхности воды. Какие волны образуются на поверхности воды поперечные или продольные Изобразим график волны рис. 64). Если наблюдательна- ходился в точке А, то за время 20 с около него пройдёт вся изображённая часть волны. Вспомним, что такое длина волны. Сколько длин волн укладывается в изображённой волне Сколько времени по определению нужно волне для распространения на расстояние, равное длине волны? План решения. Зная число прошедших гребней волны и время, можно определить период. По известной скорости и периоду легко найти длину волны на воде. Р е ш е ни е. На рисунке 64 показано, что расстояние между гребнями, наблюдаемыми рыбаком, равно 5 l. Тогда период будет равен = 20 5 c =4 Длина волны по определению l= vT, поэтому легко вычисляем м · 4 c=8 м. Анализ решения. Почему на практике трудно этим способом определить длину волны Ответ. Трудно точно зафиксировать время какого-то числа колебаний) Индивидуально чему равна длина математического маятника с таким же периодом колебаний? Приведём примеры задач для группового и индивидуального решения. Волна на поверхности воды движется вправо (рис. 65). В каком направлении движутся точки Аи В? Рис. Рис. 65 102 2. В океанах длина волны достигает 300 м при периоде колебаний 13,5 с. Чему равна скорость такой волны. Почему в твёрдых телах могут распространяться поперечные и продольные волны, а в газах и жидкостях — лишь поперечные. Определите энергию, переносимую плоской волной через единицу поверхности за единицу времени. Поверхность перпендикулярна направлению распространения волны, амплитуда колебаний частиц А, их масса т, скорость волны v, частота колебаний Решение для учителя. Энергия каждой колеблющейся частицы Очевидно, что скорость колебания частиц меняется от нуля до максимального значения. Для приближённого расчёта возь- мм среднее значение скорости = 2 2 A T = 4 A T =4 Отсюда для энергии получаем 2 2 2 n =8m Эта энергия от одной частицы передаётся к другой. За единицу времени через единицу поверхности при концентрации частиц п пройдёт следующее число частиц N St , где N = nV = Они перенесут энергию E = nvE 0 =8nvm A 2 n 2 III. Домашнее задание § 30*, 32* (1, 5). Индивидуально — задач а. Камень был брошен в озеро со спокойной водой. Как, наблюдая образовавшиеся волны, оценить дальность броска Какие приборы надо иметь? Пояснение для учителя. Необходимо а) измерить время от момента падения камня до прихода к берегу образовавшейся волны б) измерить время существования волн в) оценить с помощью линейки расстояние между горбами волны г) определить частоту волны, зная число горбов и время д) определить скорость, зная частоту и длину волны определить искомое расстояние, зная скорость и время движения волны. Урок 3. Звуковые волны Задачи урока познакомить с миром звуковых явлений, ввести характеристики звуковых волн, изучить применение звука в быту и технике сформировать умения выделять и описывать типичные звуковые явления — распространение, отражение, затухание звука. Ход урока. Познавательная мотивация и постановка учебных проблем урока обеспечиваются кратким рассказом учителя о значении звука в жизни людей. Мы живём в океане звуков. Человек с дефектом слуха — глухой человек — не знает, что такое музыка, не чувствует тепла голоса любимого друга, не обернётся на сигнал автомобиля... Эволюция снабдила человека и многих животных органом слуха. С помощью уха человек воспринимает механические колебания определённых частот. Колебания перепонки уха возникают под действием волн, называемых звуковыми. Что же такое звук Чем различаются звуки Каковы наиболее распространённые звуковые явления Каковы их характеристики Это главные проблемы урока. Ниже приведён возможный вариант организации изучения нового материала. Как доказать, что звук — волна Нужно посмотреть, не связано ли восприятие звука с колебаниями окружающих тел. Один из школьников демонстрирует опыты звучание камертона, колебание металлической линейки, зажатой в тисках или штативе, и т. п. Раз колебания окружающих тел действуют на наше ухо, значит, они как-то передаются. Как называется процесс передачи колебаний от одной точки среды к другой? Если звук — волна, то для её распространения необходима среда. Посмотрим, будет ли наблюдаться звук в следующем опыте учитель демонстрирует затухание звука от электрического звонка по мере выкачивания воздуха из-под колокола воздушного насоса). Как доказать, что звук может распространяться не только в воздухе Какие опыты можно поставить для доказательства Для эмоционального восприятия можно поставить известный опыт рис. 66). Вопрос почему на некотором расстоянии от коробка звук от колебаний катушки и нити почти неслышен, ау коробка слышен очень хорошо. Как определить вид звуковой волны поперечная она или продольная? Школьники могут высказать гипотезы. В случае затруднений учитель обращает внимание на то, что направление колебаний тела совпадает с направлением распространения волны. Демонстрирует отскакивание теннисного шарика от колеблющегося камертона камертон на резонаторном ящике возбуждают от динамика, подключённого к звуковому генератору. Теоретическое доказательство Рис. 66 в газе возможны только продольные волны, так как. Учитель сообщает учащимся механизм распространения звуковых коле- баний. Далее с помощью таблицы 18 организуется знакомство со шкалой звуковых волн. Распространение звуковых волн приводит к целому ряду явлений. Учитель кратко перечисляет явления, по возможности демонстрирует их (табл. 19). Примеры опытов а) отражение звуковой волны рупором б) поглощение звука от камертона на резонаторном ящике (громкоговорителя, работающего от звукового генератора) листом бумаги, ватой в) резонанс. Для описания явлений в физике вводят физические величины, формулируют законы. Каковы характеристики звука 105 В зависимости от организации закрепления учитель кратко или более подробно (с использованием таблицы 19) даёт ответ на вопрос. При сравнении скоростей звука используют справочник. Возможно несколько вариантов рассмотрения распространения звуковых явлений в природе и технике краткое сообщение учителя, выступления школьников, самостоятельное изучение вопроса дома, доклады наследующем уроке. В любом случае необходимо использовать демонстрации красочные иллюстрации, хрестоматийный материал. Совершенствование знаний продолжается при работе с таблицей 20, решении типичных задач. Материал систематизируют по логике схемы познания явлений. Обсуждают вопросы чем идеальная (модель) звуковая волна отличается от реальной наблюдаемой) волны Чем обусловлены различные звуковые явления Что такое высота тона Как происходит передача информации с помощью звука? Предлагаем задачи для работы в классе и дома П, № 686—688. IV. Домашнее задание § 31, 32* (2, 3); упр. нас. Индивидуально — экспериментальное задан и е. Изучите затухание, отражение звуковой волны, используя в качестве источника звука механические часы. Определите расстояние, на которое распространяется звук. Зарисуйте расположение часов, уха илиста бумаги, при котором усиливается звук. Нескольким учащимся можно дать задание подготовить выступление на тему Если бы скорость звука уменьшилась...». З ада ни е для индивидуального выполнения. Гениальный итальянский физик Г. Галилей в сочинении Беседы писал Мы можем повысить тон струны тремя способами укорачиванием, вытягиванием или, скажем, большим натяжением и, наконец, утончением. Подберите оборудование и поставьте опыты, подтверждающие данное высказывание. Урок 4*. Решение задач Задачи урока сформировать умения выделять и описывать звуковые явления систематизировать знания о звуке с помощью таблиц. Ход урока. Вначале урока следует уплотнённое повторение материала предыдущего урока. Приведём возможный план. Выполнение у доски индивидуальных заданий. Ответ по теме Звуковые явления и их характеристики письменно воспроизводится таблица 19). 3. Несколько школьников письменно отвечают на вопросы как доказать, что звук — продольная волна Почему после выпавшего снега на улицах города заметно тише Приведите примеры использования звуковых явлений в быту и технике. Отчего зависит громкость звука Как доказать, что звуковая волна переносит энергию. Фронтально повторяют основные вопросы можно ли определить длину звуковой волны, если известна её скорость и частота колебаний частиц Отчего зависит скорость распространения звука Что такое волна. Один из школьников кратко поясняет таблицу 20. II. Проводят самостоятельную работу по вариантам. Вариант I 1. Определите длину волны, которая распространяется со скоростью 1000 мс. Частота колебаний излучателя 10 МГц. По графикам колебаний (рис. 67, а—г) определите а) наиболее громкий звук б) звук самого низкого тона. Ответ обоснуйте. Вариант II 1. На каком расстоянии от человека ударила молния, если он услышал гром через 5 с Скорость звука считайте равной 340 мс. На рисунке 68 изображён график колебаний одной из точек звуковой волны. Определите а) частоту колебаний б) длину волны в) характер звука музыкальный или шум г) амплитуду колебаний. Скорость звука считайте равной 340 мс. Домашнее задание индивидуально — упр. нас упр. нас (ЕГЭ); самое важное в главе задач а. С помощью справочника определите, может ли звук распространяться быстрее ракеты (Справочник, с. Урок 5*. Решение задач (резерв учителя) Рис. Рис. 67 Урок 6. Интерференция механических волн. Решение задач В начале урока проводят фронтальное повторение свойств механических волн и их характеристик (см. табл. 17). Затем следует постановка учебной проблемы каковы свойства нового физического явления — интерференции волн. Решение проблемы организуют при работе с учебником (с. 131—136): определение явления, его демонстрация и свойства, описание явления (работа с рисунками учебника). При изучении параграфа составляют конспект по схеме факты (само явление, его свойства) — теоретическая модель (графики сложения волн, условия максимумов, распределение энергии, уравнения стоячей волны и др) — следствия (объяснение акустического резонанса, частоты звука струны. При этом коллективно обсуждают вопросы что называют интерференцией волн При каких условиях явление наблюдается Можно ли сложение волн назвать интерференцией Как характеризуется интерференционная картина Какие волны называются когерентными Как образуется стоячая волна Какой частоты звук может дать струна длиной 1 м? Домашнее задание § 33, 34* (1, 2); упр. нас (Урок 7. Дифракция и поляризация механических волн. |