Конспект урока и презентация по физике на тему "Длина волны. Скорость распространения волн" (с дополнительным материалом)

Цели урока:

• Познакомить учащихся с условиями возникновения волн и их видами.
• Изучить характеристики механических волн.

Демонстрация:

1. Образование механических волн в демонстрационной ванне.
2. Движение волны в гибком шнуре.
3. Слайды 1-11. (Приложение 1)
4. Учебный фильм.
5. Презентация. (Приложение 2)

Задачи учителя:

Сформировать у учащихся правильное представление о волновом движении частиц среды, используя наглядность (учебный фильм, презентацию, слайды). При организации закрепления УМ выделить необходимые для заучивания положения, организовать конспектную запись в тетрадях учащихся (дома по конспекту).

Основное содержание урока

1. Проверка домашнего задания, повторение.

Тест на компьютере, письменные ответы на вопросы (по подгруппам).

2. Новый материал. (Лекция).

Демонстрация: Слайд №1.

Что такое волна, как вы понимаете? (Колебания, которые перемещаются в пространстве и времени, называются волной).

Демонстрация: Слайд №2.

Козьма Прутков писал: «Бросая в воду камешки, смотри на круги, ими образуемые; иначе такое бросание будет пустою забавою».

Демонстрация: Слайд №3.

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.

Демонстрация: аквариум с водой.

Учитель: Источником данных волн была наша рука.

Это самый простой вид колебаний волн, которые возникают на поверхности жидкости, и расходящиеся из места возмущения в виде концентрических окружностей.

Демонстрация: Слайд №4. Проецируются волны (расходящиеся в демонстрационной ванне).

Учитель: 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.

Демонстрация: Слайд №5.

Учитель: Английский учёный А. Эддингтон писал, что «путешествующему на корабле кажется, что океан состоит из волн, а не из воды».

Демонстрация: Слайд №6.

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.

Демонстрация: Слайд №7.

Учитель: 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.

Демонстрация: Слайд №8.

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.

Демонстрация: учебный фильм.

Волны на поверхности воды (или любой другой жидкости) не являются ни продольными, ни поперечными. Они имеют сложный, продольно – поперечный характер.

Демонстрация: Слайд №9.

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.

Демонстрация: на магнитной доске закрепляются:

А – амплитуда колебаний в волне

(учащиеся самостоятельно называют эту и последующие характеристики волны)

Учитель: В каких единицах измеряется амплитуда?

Т – период колебаний в волне

Учитель: В каких единицах измеряется период?

ν – частота колебаний в волне

Учитель: В каких единицах измеряется частота?

Скорость волны.

Учитель: 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.

Демонстрация: Слайд №10.

Выбрав направление распространения волны за направление оси Х и обозначив через У координату колеблющихся в волне частиц, можно построить график 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 ν?

Учитель: Подставляя вместо Т, ν, получаем:

Учитель: При переходе волны из одной среды в другую её частота не изменяется, меняется лишь скорость и длина волны.

Демонстрация: открываются закрытые формулы.

Учитель: Довольно к сожалению часто мы слышим о землетрясениях, волны, которые образуются в земной коре при различных тектонических процессах – называются сейсмическими.

Презентация «Землетрясения. Цунами» - доклад ученика. (Приложение 2)

3. 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?

Слайд №11.

Если графически представить волну как колебания, которые перемещаются во времени и пространстве:

А = 0,1м

Т = 0,4с

ν = 2,5Гц

4. Домашнее задание:

1. § - 21,22, вопросы к §, экспериментальное задание стр.59.
2. Доклад: «Животные – индикаторы приближающегося землетрясения».

В ходе урока вы сможете самостоятельно изучить тему «Длина волны. Скорость распространения волны». На этом уроке вы сможете познакомиться с особенными характеристиками волн. В первую очередь вы узнаете, что такое длина волны. Мы рассмотрим ее определение, способ ее обозначения и измерения. Затем мы также подробно рассмотрим скорость распространения волны.

Для начала вспомним, что 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 (лямбда, или говорят «ламбда») и измеряется в метрах. Перечислим характеристики волны:

Что такое длина волны?

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.

Также длиной волны можно назвать расстояние, пройденное волной, за один период колебания частицы (рис. 2).

Рис. 2. Длина волны

Следующая характеристика - это скорость распространения волны (или просто скорость волны). Скорость волны обозначается так же, как и любая другая скорость, буквой и измеряется в . Как наглядно объяснить, что такое скорость волны? Проще всего это сделать на примере поперечной волны.

Поперечная волна - это волна, в которой возмущения ориентированы перпендикулярно направлению ее распространения (рис. 3).

Рис. 3. Поперечная волна

Представьте себе летящую над гребнем волны чайку. Ее скорость полета над гребнем и будет скоростью самой волны (рис.4).

Рис. 4. К определению скорости волны

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: .

Скорость можно определить, как отношение длины волны, расстояние, пройденное волной за один период, к периоду колебания частиц среды, в которой распространяется волна. Кроме этого, вспомним, что период связан с частотой следующим соотношением:

Тогда получим соотношение, которое связывает скорость, длину волны и частоту колебаний: .

Мы знаем, что волна возникает в результате действия внешних сил. 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.

Список литературы

1. Соколович Ю.А., Богданова Г.С. Физика: справочник с примерами решения задач. - 2-е издание передел. - X.: Веста: издательство «Ранок», 2005. - 464 с.
2. Перышкин А.В., Гутник Е.М., Физика. 9 кл.: учебник для общеобразоват. учреждений / А.В. Перышкин, Е.М. Гутник. - 14-е изд., стереотип. - М.: Дрофа, 2009. - 300 с.

1. Интернет-портал «eduspb» ()
2. Интернет-портал «eduspb» ()
3. Интернет-портал «class-fizika.narod.ru» ()

Домашнее задание

Проверка домашнего задания

• 1. Укажите признаки колебательного движения.
• 2. Сколько раз тело проходит через положение равновесия за время, равное периоду колебаний?
• 3. Как называется промежуток времени, через который движение повторяется?
• 4. Какие из перечисленных ниже движений являются механическими колебаниями?
• А.Движение качелей.
• Б. Движение мяча, падающего на землю.
• В.Движение звучащей струны гитары

Проверка домашнего задания

• Являются ли колебательными данные виды движений:
• движение секундной стрелки часов
• движение смычка
• движение Земли вокруг Солнца
• движение крыльев насекомых,

Разгадай ребус и попробуй сформулировать тему урока) Волновое движение.

• Длина волны.

Волна- это колебания, распространяющиеся в пространстве в течение времени.

• Источником волн являются колеблющиеся тела, которые создают в окружающем пространстве деформацию среды.

Как выглядит волна?

• Впадина

• Механические волны могут распространяться только в какой- нибудь среде (веществе): в газе, в жидкости, в твердом теле.
• В вакууме механическая волна возникнуть не может.

Длина волны

• Длина волны

• λ = с /ν.

• Скорость волны

Единицы измерения в системе СИ:

• длина волны [лямбда] = 1 м скорость распространения волны
• [ v ] = 1м/с период колебаний [ T ] = 1c частота колебаний [ ню ] = 1 Гц

ГИА-2010-4. Звуковые волны могут распространяться

• 1) только в газах
• 2) только в жидкостях
• 3) только в твердых телах
• 4) в газах, жидкостях и твердых телах

ГИА-2010-4. Период колебаний математического маятника может быть значительно уменьшен путем

• 1) увеличения массы груза маятника
• 2) уменьшения объема груза маятника
• 3) уменьшения длины маятника
• 4) уменьшения амплитуды колебаний маятника

ГИА-2010-4. На рисунке отображен шнур, по которому распространяется поперечная волна в некоторый момент времени. Расстояние между какими точками равно половине длины волны? ГИА-2010-4. На рисунке показан профиль волны, распространяющейся по воде. Расстояние между какими точками на рисунке равно длине волны?

• 1 – 2
• 1 – 3
• 1 – 4
• 2 - 5

ГИА-2010-6. К звучащему камертону подносят по очереди два других камертона. Второй камертон и точности такой же, как и первый. Третий - настроен на меньшую частоту. Какой из камертонов начнет звучать с большей амплитудой?

• второй
• третий
• оба камертона будут звучать одинаково
• ни один из них

ГИА-2010-6. Динамик подключен к выходу звукового генератора. Частота колебаний 170 Гц. Определите длину звуковой волны в воздухе, зная, что скорость звуковой волны в воздухе 340 м/с.

• 57 800 м