Цели урока:
- Познакомить учащихся с условиями возникновения волн и их видами.
- Изучить характеристики механических волн.
Демонстрация:
- Образование механических волн в демонстрационной ванне.
- Движение волны в гибком шнуре.
- Слайды 1-11. (Приложение 1)
- Учебный фильм.
- 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
= 20м/с
-?
4. Домашнее задание:
- § - 21,22, вопросы к §, экспериментальное задание стр.59.
- Доклад: «Животные – индикаторы приближающегося землетрясения».