|
Тема. Механические колебания
Цель урока: ознакомить учащихся с одним из самых распространенных движений в природе и технике - колебательным движением. Тип урока: урок изучения нового материала. ПЛАН УРОКА
ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА Колебания - один из самых распространенных видов движения в природе и технике. Колеблются деревья в лесу, пшеница в поле, струны музыкальных инструментов, мембрана телефона. Колеблются плоскости и фюзеляж самолета, кузов автомобиля, поршни двигателя. Колебательные движения происходят и в жизни нашей планеты (землетрясения, приливы и отливы), и в астрономических явлениях. С колебаниями мы встречаемся и в живой природе: биение сердца, движение голосовых связок и др. Ø Колебаниями называются физические процессы, которые точно или приблизительно повторяются через одинаковые интервалы времени. В зависимости от физической природы различают механические и электромагнитные колебания. Механическими колебаниями называются такие движения тел, при которых через равные интервалы времени координаты движущегося тела, его скорость и ускорение приобретают исходных значений. 2. Основные характеристики колебаний Обозначим через х смещение колеблющегося тела от положения равновесия. Во время колебаний эта величина периодически изменяется, при этом изменяется и знак х, потому что смещение от положения равновесия происходит то в одну, то в другую сторону. Модуль наибольшего отклонения от положения равновесия называют амплитудой колебаний. Обозначим амплитуду колебаний хmах. Если колеблющийся груз за время t совершит N полных колебаний, то время одного полного колебания:
Ø Промежуток времени, в течение которого происходит одно полное колебание, называют периодом колебаний. В СИ [Т] = с. Полное колебание происходит, например, за время, когда тело из одного крайнего положения возвращается в это самое крайнее положение. Ø Число полных колебаний, совершаемых телом за 1 с, называют частотой колебаний.
Единицей измерения частоты является герц (Гц): 1 Гц = 1/c. 3. Свободные колебания Существуют два вида колебательных движений: а) свободные; б) вынужденные. Ø Свободные колебания - это колебания, происходящие в механической системе под действием внутренних сил системы после кратковременного действия какой-то внешней силы. В свободных колебаний относятся, например, колебания груза на нити, груз на пружине, чашки весов и др. Тело или систему тел можно «заставить» делать колебания, прикладывая внешнюю периодическую силу. Скажем, качели можно раскачивать, периодически подталкивая ее. Ø Колебания, возникающие под действием внешних сил и меняются с течением времени по величине и направлению, называются вынужденными. Рассмотрим колебания груза на нити или груза на пружине. В приведенных примерах система делала колебания около положения устойчивого равновесия. Почему же колебания возникают именно вблизи этого положения системы? Дело в том, что в случае отклонения системы от положения устойчивого равновесия равнодействующая всех сил, приложенных к телу, пытается вернуть систему в положение равновесия. Эту рівнодійну так и называют - вращательной силой. Однако, вернувшись в положение равновесия, система вследствие инерции «проскакивает» его. После этого снова возникает вращательная сила, направленная теперь в противоположную сторону. Так и возникают колебания. Чтобы колебания продолжались, необходимо, чтобы силы трения или силы сопротивления были незначительными. Таким образом, для того чтобы в системе происходили свободные колебания, необходимо, чтобы было выполнено два условия: 1) система должна находиться вблизи положения устойчивого равновесия; 2) силы сопротивления движения должны быть достаточно незначительными. ВОПРОС К УЧАЩИМСЯ В ХОДЕ ИЗЛОЖЕНИЯ НОВОГО МАТЕРИАЛА Первый уровень 1. Приведите примеры механических колебаний в природе и технике. 2. Как вы понимаете утверждение о том, что колебательное движение является периодическим? 3. Сколько раз в течение одного периода маятник проходит положение равновесия? 4. Какие величины, характеризующие колебательное движение, изменяются периодически? Второй уровень 1. В чем принципиальное отличие колебательного движения от движения по кругу? 2. В каких случаях колебания невозможны? 3. Какие особенности имеют силы, обусловливающие колебательное движение? ЗАКРЕПЛЕНИЕ ИЗУЧЕННОГО МАТЕРИАЛА 1). Качественные вопросы 1. Если ночью сфотографировать лампочку, раскачивается, то в случае длительной экспозиции на фотографии будет видна светлая полоса. Почему края этой полосы светлее, чем середина? 2. Равнодействующая каких сил играет роль вращательной силы в случае колебаний груза, подвешенного: а) на нитке; б) на пружине? 2). Учимся решать задачи 1. Тело за 10 с сделало 50 колебаний. Чему равен период колебаний? 2. Во время колебаний грузик, подвешенный на нити, проходит через положение равновесия с интервалом 0,5 с. Чему равен период колебаний? 3. Тело за 1 мин. сделало 30 колебаний. Найдите период и частоту колебаний. 4. Сколько колебаний выполнит материальная точка течение 5 с при частоте колебаний 440 Гц? ЧТО МЫ УЗНАЛИ НА УРОКЕ · Колебаниями называются физические процессы, которые точно или приблизительно повторяются через одинаковые интервалы времени. · Механическими колебаниями называются такие движения тел, при которых через равные интервалы времени координаты движущегося тела, его скорость и ускорение приобретают исходных значений. · Модуль наибольшего отклонения от положения равновесия называют амплитудой колебаний хmах. · Промежуток времени, в течение которого происходит одно полное колебание, называют периодом колебаний: Т = t/N. · Количество полных колебаний, совершаемых телом за 1 с, называется частотой колебаний: v = 1/T. · Свободные колебания - это колебания, происходящие в механической системе под действием внутренних сил системы после кратковременного действия какой-то внешней силы. · Колебания, возникающие под действием внешних сил и меняются с течением времени по величине и направлению, называются вынужденными. · Для того чтобы в системе происходили свободные колебания, необходимо, чтобы было выполнено два условия: 1) система должна находиться вблизи положения устойчивого равновесия; 2) силы сопротивления движения должны быть достаточно незначительными. Домашнее задание 2. 3б.: № 10.1; 10.2; 10.3; 10.18.
|
|
