Наблюдение. При ударе резиновым молоточком или специальной пластиной по
мембране, зажатой между двумя тисками и по одной из ветвей камертона, видим, как
мембрана и ветви камертона начинают вибрировать,
с
оздавая вокруг себя сжатия и
разрежения воздуха. На экране осциллографа наблюдаем распространение звуковой волны.
Голосовые связки также являются источниками звуковых волн.
Распространение звуковых волн. Для распространения звука между источником и
приемником звука необходима какая-нибудь среда, обладающая упругими свойствами, чаще
всего воздух. Именно в этой среде распространяются звуковые волны, действующие на
барабанную перепонку уха, колебания которой воспринимаются как звук. В безвоздушном
пространстве, где отсутствуют частицы вещества, звуковые волны не распространяются.
Рассмотрим образование звуковой волны.
Источник звука толкает частицы среды в
направлении своего отклонения, и таким
образом создают в этом месте сгущения
воздуха. Затем эти сгущения сменяются
разрежением.
Распространяются
такие
164
сгущения и разрежения вдоль линии колебаний, которые создает источник звука.
Следовательно, звуковая волна в воздухе представляет собой упругую продольную волну, в
которой колебания частиц происходят вдоль ее распространения.
Вывод. Человек ощущает звук, если существует:
1)
источник звука;
2)
упругая среда между ним и ухом;
3)
определенный диапазон частот колебаний источника звука – между 16 Гц и 20 кГц;
4)
достаточная для восприятия ухом мощность звуковых волн.
Скорость распространения звука в различных средах. Как и всякая волна, звуковая
волна характеризуется скоростью распространения колебаний в ней. С длиной волны λ и
частотой колебаний
ν
скорость
υ
связана уже известной нам формулой
ν
λ
υ
⋅
=
Измерения скорости звука показали, что в твердых телах и жидкостях она значительно
больше, чем в воздухе. Звуковые волны распространяются с конечной скоростью, которая
зависит от особенностей среды: плотности, упругости, температуры.
№
Среда
Скорость звука, м/с при O
0
С
1
2
3
4
5
6
7
Воздух
Вода
Сталь
Железо
Стекло
Водород
Каучук
330
1480
4380
5850
5600
1280
50
Характеристики звука. Для характеристики звука вводятся специальные физические
величины, связанные с нашим восприятием звука: громкость, высота тона, тембр.
Для того чтобы выяснить от чего зависят эти характеристики,
в качестве источника звука, используют камертоны.
Камертон был изобретен в 1711 г. английским музыкантом
Дж. Шором для настройки музыкальных инструментов.
Ударив резиновым молоточком по одной из ветвей
камертона, мы услышим определенный звук. Ветви
камертона начинают вибрировать, создавая вокруг себя
сжатия и разрежения воздуха. Распространяясь по воздуху,
эти возмущения образуют звуковую волну.
Громкость звука – характеристика амплитуды звуковой волны.
Провести эксперимент с камертоном. Ударить по камертону не сильно, во второй раз сильно.
Вопрос. Чем отличаются эти звуки? (Ответы учащихся).
165
Громкость звука зависит от амплитуды колебаний: чем больше амплитуда, тем громче
звук. Энергия, излучаемая источником, зависит от амплитуды колебаний тела, значит,
громкость звука также зависит энергии колебаний. Восприятие громкости звука нашим ухом
зависит также от частоты колебаний в звуковой волне. При равной амплитуде колебаний мы
лучше воспринимаем те звуки, частоты которых лежат в пределах от 1000 до 5000 Гц.
Единица громкости звука называется сон. В практических задачах громкость звука
принято характеризовать уровнем громкости, измеряемым в фонах, или уровнем звукового
давления, измеряемых в белах (Б) или децибелах (дБ), составляющих десятую часть бела.
Для измерения уровня громкости звука принята логарифмическая шкала. Громкость, равную
120 дБ, называют болевым порогом. Звук, громкостью свыше 180 дБ может вызвать разрыв
барабанной перепонки.
Тихий шепот, шелест листвы – 20 дБ, обычная речь – 60 дБ, рок-концерт – 120 дБ.
Определение высоты звука, тона. Работа учащихся с ЦОР № 2727.
Высота звука – характеристика частоты звуковой волны, чем больше частота колебаний
источника звука, тем выше издаваемый им звук. Частота звуковых колебаний,
соответствующих человеческому голосу, составляет от 80 до 1400 Гц. Если взять два
камертона разных размеров и заставить их звучать, то по записи их колебаний можно
увидеть, что частота колебаний маленького камертона больше, чем большого. Значит, высота
звука определяется частотой.
Частота колебаний в звуковой волне определяет тон звука, т.е. чем больше частота
колебаний, тем выше тон.
Простые измерения (развертка колебаний) показывают, что звуки низких тонов –это
колебания малой частоты в звуковой волне. Звуку высокого тона соответствует большая
частота колебаний.
Тембр. Особое качество звука – это характерная для каждого голоса или музыкального
инструмента окраска звука, которая называется тембром. Он зависит от состава звука. Тембр
звука – позволяет различать два звука одинаковой высоты и громкости, издаваемых
различными инструментами.
При одной высоте тона звуки, издаваемые, например, скрипкой и пианино, отличаются
тембром.
Шумы. Шумы – это звуки, образующие сплошной спектр, состоящий из набора частот,
т.е. в шуме присутствуют колебания всевозможных частот.
166
Такие шумы как тихий шелест листьев, птичьи голоса, журчание воды всегда приятны
человеку. Но с развитием производства, разных технологий наблюдается отрицательное
влияние шума на чувствительность человеческого уха.
Шумовое загрязнение окружающей среды одна из актуальных проблем на сегодняшний
день.
V.
Закрепление знаний
1.
Контрольные вопросы:
а) Часы установлены по звуку сигнала от удаленного радиоприемника. В каком случае
часы будут установлены более точно: летом или зимой?
Ответ: Летом, так как скорость звука в воздухе увеличивается с температурой
б) Могут ли космонавты при выходе в открытый космос общаться между собой при
помощи звуковой речи?
Ответ: На расстоянии нет, т.к. в космическом вакууме нет условий для распространения
звуковых волн. Однако если космонавты соприкоснутся шлемами скафандров, они могут
услышать друг друга.
в) Почему столбы линий электропередач гудят при ветре?
Ответ: При ветре провода совершают хаотические колебательные движения, воздействуя на
изоляторы, укрепленные на столбах. В столбах возбуждаются стоячие звуковые волны.
г) Задача: Определите длину волны λ звуковой волны в воде, вызываемой источником
колебаний с частотой
200
=
ν
Гц, если скорость звука в воде
1450
=
υ
м/с.
Ответ:
25
,
7
200
1450 =
=
=
ν
υ
λ
м.
2.
Выполнить тестовые задания − тестовые задания: 10 вопросов (5 вариантов ответов)
3.
Контрольные вопросы:
167
а) Могу ли звуковые волны распространяться в вакууме?
Ответ: нет.
б) В чем отличие графика волнового движения от графика колебательного движения?
Ответ: график колебательного движения изображает положение одной и той же точки в
различные моменты времени, а график волнового движения изображает различные точки
среды в один и тот же момент времени.
в) От каких физических величин зависит частота колебаний волны?
Ответ: от частоты вибратора, возбуждающего колебание.
Учитель подводит итоги урока, оценивает подготовку и работу на уроке, сообщает
домашнее задание.
Рефлексия
-
Понравился ли вам сегодняшний урок?
-
Что интересного запомнилось?
-
Что оказалось для вас полезным?
-
Наиболее интересным?
V.
Подведение итогов
-
дать качественную оценку работы класса и отдельных учащихся;
-
подведение итогов самостоятельной работы учащихся;
-
замечания и выводы по уроку, устранение выявленных пробелов;
-
выставление оценок.
VI.
Домашнее задание
- «
Физика 9 класс»,
§ 31-
32, упр. 26, задание № 2-5;
-
обеспечить понимание учащимися цели, содержания и способов выполнения домашнего
задания;
-
проверить, как учащиеся поняли содержание домашней работы.
ПЛАН-КОНСПЕКТ УРОКА НА ТЕМУ «ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
«ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСКОРЕНИЯ СВОБОДНОГО ПАДЕНИЯ»
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЦОР № 2734
Цели урока
Общеобразовательная:
•
продолжить формирование понятия о гармоническом колебании;
•
знать особенности колебаний пружинного и математического маятников;
•
уметь определять ускорение свободного падения с помощью математического
маятника;
•
формировать умение решать задачи по данной теме.
Развивающая:
•
развитие логического мышления и творческих способностей учащихся;
•
развивать мотивацию изучения физики, используя разнообразные способы;
•
развитие умений сравнивать, выявлять закономерности, обобщать;
•
умение работать с информацией, пользоваться ИКТ.
Воспитательная:
•
развитие познавательного интереса к предмету и окружающим явлениям;
168
•
способствовать развитию умения самостоятельно проводить эксперимент;
•
развитие личностных качеств: взаимопомощь, чувство коллективизма, способность к
сотрудничеству.
Тип урока: урок закрепления изучаемого материала.
Форма проведения урока: объяснительно-иллюстративный, фронтальный опрос,
самостоятельная работа, тестовые задания, использование компьютерной техники.
Оборудование: Е-библиотека Системы электронного обучения, ЦОР № 2734 «Колебания
маятника. Закрепление пройденного материала», ПК, мультимедийный проектор, экран;
презентация, анимации, математический и пружинный маятники.
Структура урока:
I
. Организационный момент. 2 мин.
II
. Актуализация знаний учеников. 3 мин.
III
. Изучение нового материала. 20 мин.
IV.
Закрепление знаний. 15 мин.
V
. Подведение итогов, оценки за урок. 3-4 мин.
VI
. Домашнее задание. 1 мин.
Ход урока
I.
Организационный момент
-
обеспечить нормальную обстановку для работы на уроке, психологически настроить
учащихся к занятию;
-
включение учащихся в ритм работы.
II.
Актуализация знаний
Вокруг нас происходят различные процессы и явления, которые имеют особенность
повторяться через определенные промежутки времени. Они могут быть как полезными для
человека, так и очень опасными для него.
Давайте вспомним, в каких ситуациях мы употребляем данное понятие.
Колеблются ветви деревьев
при порыве ветра.
Колеблются атомы в узлах
кристаллической решетки .
Землетрясения – колебания земной
коры.
Строители и инженеры имеют
дело с колебаниями сооружений
и машин.
169
Приливы и отливы – колебания уровня воды в морях и океанах, вызванные
притяжением Луны и Солнца. Биение сердца, сокращение желудка, лёгких имеют
колебательный характер. Свет, звук, переменный ток – это колебательные процессы.
Мы живём в мире колебаний.
Колебания – это движения или процессы, повторяющиеся во времени.
Вопрос. В чем состоит главное отличие колебательного вида движения от других видов
движения?
Ответ. Для всех, рассмотренных нами видов движений характерно повторяемость через
некоторый промежуток времени.
Мы рассмотрели с вами самые различные примеры тел, которые совершают колебания,
но все эти тела можно объединить в одну группу. Системы тел, которые способны
совершать колебания, называются колебательными системами.
Простейшими колебательными системами являются груз, подвешенный на нити
(математический маятник) или груз, прикрепленный к пружине (пружинный маятник).
Одной из основных свойств колебательных систем состоит в возникновении
периодически изменяющейся силы, пропорциональной смещению тела, возвращающую
систему в положение устойчивого равновесия.
Условиям возникновения свободных колебаний являются:
1.
Существование положения равновесия, в котором равнодействующая сила,
приложенная к телу, равна нулю. При выведении тела из
положения равновесия
равнодействующая сила отлична от нуля и направлена к положению равновесия.
2.
Однократное внешнее воздействие для выведения системы из положения равновесия.
3. Трение в колебательной системе должно быть достаточно мало.
Мы познакомились с гармоническими колебаниями, которое тело совершает под
действием силы упругости. Для таких колебаний характерно то, что в любой точке
траектории сила упругости направлена к положению равновесия. Интересным и очень
важным примером колебательного движения, связанного не только силы упругости, но и
силы тяжести, является движение математического маятника
IV.
Этап закрепления знаний
Колебание под действием силы упругости. Заставить предмет
колебаться, т.е. совершать повторяющиеся движения, очень просто.
Подвесим пружину к штативу. К свободному нижнему концу пружины
прикрепим металлический шарик. Пружина растянется, и сила упругости
óïð
F
уравновесит силу тяжести
T
F
, действующую на шарик.
Если теперь вывести шарик из положения равновесия, слегка оттянуть
его вниз, то он начнет совершать движения – вверх-вниз, вверх-вниз и т.
д. Такого вида движения, при которых тело поочередно смещается то в
одну, то в другую сторону, и называются колебаниями. С течением
времени колебания постепенно ослабевают, и, в конце концов, шарик
останавливается.
Колебание под действием силы тяжести.
В положении
равновесия на материальную точку действуют две силы:
сила тяжести
.
тяж
F
и сила упругости
упр
F
, которые
уравновешивают друг друга.
Если отклонить маятник от положения равновесия,
то силы тяжести и упругости будут направлены под углом
170
друг другу. Их равнодействующая
F
уже не будет равна нулю. Под действием силы
F
маятник начнет двигаться к положению равновесия. По инертности груз пройдет
положение равновесия и отклонится от него в другую сторону. Дойдя до крайнего левого
положения, маятник под действием равнодействующей сил начнет двигаться к положению
равновесия. Пройдя его, он опять отклонится вправо. Далее процесс будет повторяться.
Рассмотрим колебательную систему – математический маятник.
Вопрос. Что такое математический маятник?
Ответ. Математический маятник – это материальная точка, подвешенная на тонкой
невесомой и нерастяжимой нити.
Вопрос. При каких условиях колебания маятника будут гармоническими?
Ответ. Математический маятник при небольших углах отклонения совершает
гармонические колебания.
Вопрос. Изменяются ли скорость и ускорение при колебательном движении?
Ответ. Должны изменятся. Ведь это движение является повторяющимся, т.е. в некоторые
моменты времени повторяются не только координаты тела, но и его скорость и ускорение.
Действительно, в точках максимального отклонения от положения равновесия
)
,
(
A
x
è
A
x
−
=
=
скорость равна нулю – в этих точках тело на мгновение останавливается,
чтобы начать движение в обратном направлении. В точках равновесия скорость
максимальна. Ускорение, наоборот, в точке равновесия равно нулю, потому что в этой точке
сила равна нулю. В точках же максимального отклонения от положения равновесия
)
,
(
A
x
è
A
x
−
=
=
ускорение равно наибольшему значению.
Вопрос. В каком положении кинетическая энергия тела в колебательном движении
наибольшая?
Ответ. Отклонение тела в положении равновесия равно нулю, поэтому потенциальная
энергия равна нулю, а скорость достигает максимального значения. В этом случае полная
энергия равна:
2
2
υ
m
E
E
E
n
k
ïîëí
=
+
=
Вопрос. Чему равна полная энергия колеблющегося тела в любой точке траектории?
Ответ. По закону превращения и сохранения энергии полная механическая энергия
системы равна сумме кинетической и потенциальной энергий
2
2
kA
E
E
E
n
k
ïîëí
=
+
=
.
Колебательное движение маятника характеризуется амплитудой, частотой и периодом
колебаний.
Задание 1.
171
В теории колебаний доказывается, что период колебаний математического маятника
можно вычислить по формуле
g
l
T
π
2
=
,
где
−
l
длина маятника, а
−
g
ускорение свободного падения.
Опыт показывает, что период колебаний математического маятника не зависит от массы
колеблющегося тела, а при небольших углах от амплитуды колебаний. Также опытным
путем установили: период колебаний математического маятника прямо
пропорционален корню квадратному из длины его нити.
Задание 1 по ЦОР № 2734. Вычислить ускорение свободного падения с помощью
формулы формулу для периода колебаний математического маятника.
Выполнить виртуальную лабораторную работу.
Лабораторная работа
«
Определение ускорения свободного падения с помощью математического маятника»
Цель работы: экспериментально определите ускорение свободного падения. В данном
опыте используется математический маятник. Маятник отклоняется на малый угол, силы
трения в системе не учитываются.
g
l
T
π
2
=
–
период колебаний математического маятника,
−
l
длина математического маятника,
−
g
ускорение свободного падения.
Если тело совершает n колебаний за
t
(с), то период равен
n
t
T
=
.
Период колебаний
T
–
это время, за которое совершается одно полное колебание. Из
формулы для периода колебания маятника находим ускорение свободного падения:
2
2
4
T
l
g
π
=
-
ускорение свободного падения
Задание 2. Вычислить ускорение свободного падения. Для этого необходимо измерить
период колебания и длину маятника.
1. Выберите длину нити, нажимая соответствующую кнопку.
2. Нажмите кнопку «Запуск». Секундомер автоматически включается.
3. При 10 полных колебаний, нажмите кнопку «стоп»
172
4. Данные занесите в таблицу.
5
. Опыт повторите 3раза, меняя длину маятника.
6
. Сделайте математические расчеты и результаты запишите в таблицу.
7
. Сравните результат опыта с табличным значением ускорения свободного падения
8
,
9
=
g
м/с
2
.
Результаты эксперимента
№,
опыта
l
, м n ,число
колебаний
t
,с
Т, с
g
,м/с
2
>
< g
,м/с
2
,
g
∆
м/с
2
1
0,5
10
14,2
1,42 9,78
9,8
0,02
2
0,75 10
17,4
1,74 9,77
0,03
3
1
10
20
2
9,86
0,06
ЦОР № 2734. Колебания маятника (закрепление пройденного материала).
Дополнение. С помощью математического маятника значение ускорения
g
может быть
найдено с большой степенью точности. Измерив длину маятника
l
и определив из большого
числа колебаний период Т, мы можем вычислить с помощью полученной формулы
g
в
нужном месте на поверхности Земли. По результатам измерений
g
можно обнаружить
районы залегания полезных ископаемых, скопления нефти и газа под землей и т.д. В той
местности, где есть рудные залежи, плотность земной коры будет выше, сила тяжести
больше, следовательно, и ускорение свободного падения несколько выше, в результате чего
период колебаний математического маятника будет несколько меньше.
Этот метод, называемый гравиметрической разведкой, широко применяется на практике
Алгоритм решения задачи (решение у доски).
Задача 3. Если на некоторой планете период свободных колебаний секундного, земного
математического маятника окажется равным 2с, то каково будет ускорение свободного
падения на этой планете?
Дано:
Решение:
1
1
=
T
с,
2
2
=
T
с
81
,
9
1
=
g
м/с
2
.
Найти:
?
2
=
g
Период колебаний математического маятника
g
l
T
π
2
=
,
где
g
–
ускорение свободного падения на Земле (
81
,
9
1
=
g
м/с
2
). ,
l
–
длина математического маятника.
Из уравнения находим, что длина маятника равна:
173
2
2
4
π
g
T
l
⋅
=
,
а ускорение
2
2
4
T
l
g
π
=
Определим длину маятника на поверхности Земли
249
,
0
14
,
3
4
81
.
9
1
4
2
2
2
1
2
1
1
=
⋅
⋅
=
⋅
=
π
g
T
l
м.
По условию задачи:
2
1
l
l
= .
Отсюда, используя значение длины маятника, найдем
ускорение свободного падения на некоторой планете
=
⋅
⋅
=
=
2
2
2
2
2
2
2
2
249
,
0
14
,
3
4
4
T
l
g
π
2,46
м/с
2
Ответ: 2,46 м/с
2
Самостоятельная работа в тетради.
Задача 4. Маятник на поверхности Земли колеблется с периодом 2 с. Чему будет равен
период колебания этого маятника на поверхности Луны? Отношение силы тяжести к массе
колеблющегося тела на поверхности Луны в 6 раз меньше, чем на Земле.
Ответ: 4,9 с.
Задача 5. Маятник на поверхности Земли колеблется с периодом 2 с. Чему будет равен
период колебания этого маятника на поверхности Марса? Отношение силы тяжести к массе
колеблющегося тела на поверхности Марса равно 3,76 Н/кг.
Ответ: 3,9 с.
Задача 6. Груз, подвешенный к пружине, совершает 10 колебаний в минуту. Определите
период колебаний, частоту и жесткость пружины, если масса груза 0,6 кг.
Ответ: 6 с; 0,17 Гц; 0,67 Н/м.
Задача 7. Математический маятник длиной 98 см совершает за 2 минуты 60 полных
колебаний. Определите частоту , период колебаний и ускорения свободного падения в том
месте, где находится маятник.
Ответ: 2 с; 0,5 Гц; 9,7 м/с
2
.
Работа с ЦОР № 2734 - тестовые задания.
Учитель подводит итоги урока, оценивает подготовку и работу на уроке, сообщает
домашнее задание.
Рефлексия
-
Понравился ли вам сегодняшний урок?
174
-
Что интересного запомнилось?
-
Что оказалось для вас полезным?
-
Наиболее интересным?
V.
Подведение итогов
-
дать качественную оценку работы класса и отдельных учащихся;
-
подведение итогов самостоятельной работы учащихся;
-
замечания и выводы по уроку, устранение выявленных пробелов;
-
выставление оценок.
VI.
Домашнее задание
- «
Физика 9 класс», повт. §27
;
-
обеспечить понимание учащимися цели, содержания и способов выполнения домашнего
задания;
-
проверить, как учащиеся поняли содержание домашней работы.
-
выполнить задания к ЦОР № 2734.
ПЛАН-КОНСПЕКТ УРОКА НА ТЕМУ «ВОЛНОВОЕ ДВИЖЕНИЕ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ
СКОРОСТИ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОЛН» С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
ЦОР №№ 2726, 2735
Цели и задачи урока:
общеобразовательная:
•
познакомить учащихся с волновым движением;
•
познакомить учащихся с условиями возникновения волн и их видами;
•
рассмотреть механизм распространения волн;
•
сформировать представление о длине и скорости распространения волн;
•
формировать умение решать задачи по данной теме показать значение волн в жизни
человека.
развивающая:
•
развитие логического мышления и творческих способностей учащихся;
•
развивать мотивацию изучения физики, используя разнообразные способы;
•
развитие умения анализировать, сравнивать, обобщать, делать выводы;
175
•
умение работать с информацией, пользоваться ИКТ.
воспитательная:
•
развитие познавательного интереса к предмету и окружающим явлениям;
•
способствовать развитию умения самостоятельно проводить эксперимент;
•
воспитание культуры общения: взаимопомощь, чувство коллективизма, способность к
сотрудничеству.
Тип урока: комбинированный урок.
Форма проведения урока: объяснительно-иллюстративный, фронтальный опрос,
самостоятельная работа, тестовые задания, эксперимент, использование компьютерной
техники.
Оборудование: Е-библиотека Системы электронного обучения, ЦОР № 2726 «Волновое
движение», ЦОР № 2735 «Скорость распространения поверхностных волн (закрепление
пройденного материала)», ПК, мультимедийный проектор, экран; презентация, анимации,
стакан с водой, поплавки.
Структура урока:
I.
Организационный момент. 2 мин.
II
. Актуализация знаний учеников. 3 мин.
III
. Изучение нового материала. 20 мин.
IV
. Закрепление знаний. 15 мин.
V
. Подведение итогов, оценки за урок. 3-4 мин.
VI
. Домашнее задание. 1 мин.
Ход урока
I
. Организационный момент
-
обеспечить нормальную обстановку для работы на уроке, психологически настроить
учащихся к занятию;
-
включение учащихся в ритм работы.
Сообщение темы урока. Формулирование целей урока совместно с учащимися.
II
. Актуализация знаний учеников
Фронтальный опрос.
На прошлых уроках мы изучали механические колебания .
1.
Что называется механическими колебаниями?
2.
Какие условия возникновения механических колебаний?
3.
Что общего у всех колебательных систем?
4.
Как относятся массы двух пружинных маятников, колеблющихся на одинаковых
пружинах, если за одно и то же время первый совершил 10 колебаний, а второй −40
колебаний? (Ответ:16:1)
5.
Как относятся длины маятников, если за одно и тоже время первый маятник совершил
30 колебаний, а второй – 40 колебаний? (Ответ:4:1)
III
. Изучение нового материала
Если в каком-либо месте упругой (твердой, жидкой или газообразной) среды возбудить
колебания ее частиц, то вследствие взаимодействия между частицами этой среды, колебание
начнет передаваться к ее остальным частям. Колебание будет распространяться в среде с
некоторой скоростью
υ
. Колебание, вызванное каким-либо образом в одном месте, влечёт за
собой последовательное возникновение колебаний всё более и более удалённых от него
местах.
176
Процесс распространения колебаний в пространстве с течением времени
называется волной.
Частицы среды, в которой распространяется волна, не переносятся, они лишь совершают
колебания около своих положений равновесия.
Пример: волны на поверхности воды, звуковые волны, радиоволны, свет и т.д.
Всем нам хорошо известно, что от камня, брошенного в спокойную воду озера, кругами
расходятся волны, которые со временем достигают берега. Выясним, как и почему такое
явление возникает, для этого проведем эксперимент.
Задание № 1 ЦОР № 2726. Учащиеся выполняют эксперимент и наблюдают, как под
действием вибратора, который привели в колебательное движение, по воде идут
концентрические круги – волны.
Задание № 2
.
В анимации показана модель образования волны в шнуре. Изучить процесс
образования волны.
Пронаблюдаем за поведением шнура, один конец которого приведен в колебательное
движение. Моделью для образования волны в шнуре, служить цепочка маленьких шариков-
точек, между которыми действует сила упругости. Масса каждого шарика m . Представим,
что между шариками расположены маленькие упругие пружинки.
177
Вывод. Во всех случаях источником волн являются колебания.
Процесс образования поперечных волн
1
В начальный момент времени
)
0
(
1
=
t
все точки находятся в состоянии равновесия.
Если отклонить шарик 1 от положения равновесия перпендикулярно всей цепочки
шаров, то 2-ой шарик, упруго связанный с 1-ым, начнет двигаться за ним. Вследствие
инертности движения 2-ой шарик будет повторять движения 1-ого, но с запаздыванием
во времени. Шар 3-й, упруго связанный со 2-ым, начнет двигаться за 2-ым шариком, но
с еще большим запаздыванием.
2
Через четверть периода
)
4
/
(
2
T
t
=
колебания распространяются до 4-го шарика, 1-ый
шарик успеет отклониться от своего положения равновесия на максимальное
расстояние, равное амплитуде колебаний А.
3
Через полпериода
)
2
/
(
3
T
t
=
1-
ый шарик, двигаясь вниз, возвратится в положение
равновесия, 4-ый отклонится от положения равновесия на расстояние, равное
амплитуде колебаний А.
4
Волна за это время доходит до 7-го шарика и т.д.
5
Через период
)
(
5
T
t
=
1-
ый шарик, совершив полное колебание, проходит через
положение равновесия, а колебательное движение распространится до 13-ого шарика.
6
Дальше движения 1-го шарика начинают повторяться, и в колебательном движении
участвуют все больше и больше шариков.
178
Все частицы среды связаны между собой силами взаимного притяжения и отталкивания.
Если вывести хотя бы одну частицу из положения равновесия, то она потянет за собой рядом
находящуюся частицу. Распространение колебаний, передача колебаний обусловлена тем,
что смещенные участки среды связаны между собой, благодаря силе упругости, возникшей в
результате деформации среды при ее колебаний.
Колебания, распространяющиеся от частицы к частице в упругой среде,
называются механической волной.
Вопрос. Что является источником волны?
Ответ. Источником волн являются колеблющиеся тела, которые создают в окружающем
пространстве деформацию среды. В вакууме механическая волна возникнуть не может.
Для того чтобы частица среды совершала колебания, ей надо сообщить энергию от
источника колебаний или от колеблющейся частицы. Поэтому при распространении
колебаний вместе с волной от частицы к частице среды передаются лишь состояние
колебательного движения и его энергия.
Основным свойством всех волн, независимо от их природы, является перенос энергии
без переноса вещества.
Вопрос. Почему волна цунами, практически незаметная в открытом океане, приобретает
огромные размеры вблизи берега?
Ответ. В открытом море цунами не только не разрушительны, но, более того, они
незаметны. Высота волн цунами не превышает 1-3 м, а проносится волна цунами по
океанским просторам поистине стремительно, со скоростью 700-1000 км/ч. Будучи
совершенно безопасной, в открытом океане, такая волна становится крайне опасной в
прибрежной зоне. Всю свою нерастраченную энергию, она вкладывает в сокрушительный
удар по берегу. При этом скорость волны уменьшается до 100-200 км/ч, высота же
возрастает до десятков метров.
Основные характеристики волны. Волны от источника колебаний, находящегося в
сплошной среде, распространяются во всех направлениях. Рассмотрим основные
характеристики волны.
Волновой фронт − это воображаемая поверхность, до которой дошло возмущение в
данный момент времени волны.
Волновая поверхность − геометрическое место точек, колеблющихся в одинаковой фазе,
называется волновой поверхностью.
Линия, проведенная перпендикулярно к волновому фронту, в направлении
распространения волны, называется лучом. Луч указывает направление распространения
волны.
В зависимости от формы фронта волны различают волны сферические, плоские и т.д.
Волна
Плоская волна
В плоской волне волновые поверхности
представляют собой плоскости,
перпендикулярные к направлению
распространения волны. Плоские волны
можно получить на поверхности воды в
плоской ванночке с помощью колебаний
плоского стержня
Лучи для плоских волн представляют
собой параллельные прямые.
179
Сферическая волна
В сферической волне волновые
поверхности представляют собой
концентрические сферы. Сферическую
волну может создать пульсирующий в
однородной упругой среде шар. Такая
волна распространяется с одинаковой
скоростью по всем направлениям. Лучами
являются радиусы сфер.
1.
Длина волны. Длина волны λ – расстояние между двумя точками, колебания в
которых происходят в одинаковой фазе, т. е. это расстояние, на которое волна
распространяется за промежуток времени, равный периоду
колебаний источника.
2.
Скорость волны. Физическая величина, равная отношению длины волны λ к
периоду колебаний ее частиц
T
, называется скоростью волны
T
λ
υ
=
.
Скорость распространения волны определяется свойствами среды. Волны любой природы не
распространяются в пространстве мгновенно. Их скорость конечна.
3.
Период. Период
T
− время полного колебания
N
t
T
=
,
где
t
− промежуток времени, в течение которого совершаются
N
колебаний.
4.
Частота. Частота
ν
–
число полных колебаний, совершаемых в данной точке в
единицу времени
t
N
=
ν
Частота волны и период колебаний точек среды равны соответственно периоду и
частоте колебаний источника.
Период колебаний связан с частотой колебания соотношением:
ν
1
=
T
,
тогда
ν
λ
υ
⋅
=
Механические волны могут распространяться в различных средах кроме вакуума. Для
возникновения механической волны необходимо выполнение следующих условий:
1.
Наличие упругой среды,
2.
Необходима деформация,
3.
Наличие источника колебаний.
180
Продольная и поперечная волны. В зависимости от того, в каком направлении частицы
совершают колебания по отношению к направлению перемещения волны, различают
продольные и поперечные волны.
Виды волн
Продольная волна
Если смещение частиц среды происходит в направлении распространения волны, то
волна называется продольной. Волны в упругом стержне или звуковые волны в газе
являются примерами таких волн.
В продольных волнах вследствие
совпадения направлений колебаний
частиц и волны появляются сгущения и
разрежения, возникают упругие силы,
действующие между соседними слоями.
• колебания среды происходят вдоль
направления распространения волн, при
этом возникают области сжатия и
разрежения среды;
• возникают в любой среде (жидкости, в
газах, в твердых телах).
Поперечная волна
Если в волне частицы среды испытывают смещение в направлении, перпендикулярном
направлению распространения, то волна называется поперечной. Примером волны
такого рода могут служить волны, бегущие по натянутому резиновому жгуту или по
струне.
Поперечные волны могут возникнуть лишь в
среде, обладающей сопротивлением сдвигу.
Поэтому в жидкой и газообразной средах
возможно возникновение только продольных
волн. В твердой среде возможно
возникновение как продольных, так и
поперечных волн.
• колебания среды происходят
перпендикулярно направлению их
распространения, при этом происходит
сдвиг слоев среды;
• возникают только в твердых телах.
Формулы для поперечной волны, связывающие ее скорость с частотой и длиной,
справедливы и для продольной волны.
IV.
Закрепление материала
Волны могут распространяться не только в среде, но и вдоль границы раздела двух сред.
Примером данного типа волн служат хорошо знакомые всем волны на поверхности воды.
Волны на поверхности воды возникают под действием силы тяжести и силы поверхностного
натяжения, а не упругих сил.
181
Работа с ЦОР № 2735. Пронаблюдать процесс распространения волны на поверхности
жидкости.
Проведите эксперимент, выполняя указания к лабораторной работе.
Лабораторная работа
Определение скорости распространения поверхностных волн
Цель работы: определить скорость распространения волны на поверхности воды.
Важной характеристикой волны является ее длина.
Длина волны – это расстояние λ , на которое распространяется волна за время, равное
одному периоду
T
.
Физическая величина, равная отношению длины волны λ к периоду колебаний ее частиц
T
, называется скоростью волны
T
λ
υ
=
Период колебаний связан с частотой колебаний соотношением
ν
1
=
T
, тогда
ν
λ
υ
⋅
=
.
Скорость распространения колебаний в пространстве называется скоростью волны.
Оборудование: широкий лабораторный сосуд; поплавок; часы с секундной стрелкой;
линейка.
Порядок выполнения работы
1. Налейте в сосуд воду.
2. Опустите с одной стороны сосуда поплавок, а с другой – бросьте маленький шарик.
3. Измерьте время распространения волнового возмущения до поплавка.
4. Проделайте такой опыт несколько раз и определите среднее значение времени
распространения волны на расстояние
l
.
5. Вычислите скорость распространения волны.
6. Результаты измерений занесите в таблицу.
№,
опыта
l
, м
t
,
с
υ
,м/с
<
υ
>
, м/с
1
1
0,78
1,28
1,28
2
0,8
0,63
1,27
3
0,6
0,47
1,28
Контроль и оценка знаний: Работа по ЦОР № 2736.
182
.
Контрольные вопросы
1. Что называется волной?
2. В какой среде наблюдаются продольные волны?
3. В каких упругих средах могут возникать поперечные волны?
4. Происходит ли перенос вещества и энергии при распространении бегущей волны в
упругой среде?
5. Что принимают за скорость распространения волны?
6.
По какой форме определяется длина волны?
Учитель подводит итоги урока, оценивает подготовку и работу на уроке, сообщает
домашнее задание.
Рефлексия
-
Понравился ли вам сегодняшний урок?
-
Что интересного запомнилось?
-
Что оказалось для вас полезным?
-
Наиболее интересным?
V.
Подведение итогов
-
дать качественную оценку работы класса и отдельных учащихся;
-
подведение итогов самостоятельной работы учащихся;
-
замечания и выводы по уроку, устранение выявленных пробелов;
-
выставление оценок.
VI.
Домашнее задание
- «
Физика 9 класс», § 30, упр. 25, № 1-3
;
-
обеспечить понимание учащимися цели, содержания и способов выполнения домашнего
задания;
-
проверить, как учащиеся поняли содержание домашней работы;
-
выполнить задания к ЦОР № 2726.
183
РЕЗУЛЬТАТЫ МОНИТОРИНГА АПРОБАЦИИ
ЦИФРОВЫХ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ РЕСУРСОВ ДЛЯ 9 КЛАССА
ПО ФИЗИКЕ В ПИЛОТНЫХ ШКОЛАХ
В апробации цифровых образовательных ресурсов по физике участвовала 581 школа,
подключенная к Системе электронного обучения в 2011-2012 годах. На вопросы
автоматизированной анкеты мониторинга ответили 2895 девятиклассника 186 школ городов
Астаны и Алматы, Алматинской, Восточно-Казахстанской, Жамбылской, Мангистауской и
Павлодарской областей, из них 118 школ – городские, а 58 – сельские. Анкетирование
содержало вопросы, раскрывающие личностное отношение учеников к использованию ЦОР
в учебном процессе и то влияние, которое оказало применение ЦОР на их развитие и
отношение к предмету.
Ответы девятиклассников на вопрос «Используете ли вы цифровые образовательные
ресурсы (ЦОР) по физике?» распределились следующим образом:
•
да – 2260 ученика, это 79,4%;
•
нет – 586 ученик, это 20,6%.
При анализе ответов на последующие вопросы мы принимали во внимание мнение
только тех учащихся, которые использовали ЦОР ИС ЭО.
Следующим вопросом было: где преимущественно используют ЦОР учащиеся – на
уроках или дома? Ответы учащихся позволяют сделать вывод, что преимущественно
учащиеся используют на уроках под руководством учителя, всего лишь 18,8% учеников
работают с ЦОР дома.
Нас интересовал вопрос, в какой степени учащиеся заинтересованы в ЦОР при
объяснении нового материала. Анализ ответов учащихся показал, что 29,3%
девятиклассников нравится слушать объяснение учителя с использованием ЦОР, 17 %
опрошенных – слушать объяснения учителя без использования ЦОР. Чуть более половины
учащихся (53,7%) считает более интересным, когда есть и то, и другое.
Использование ЦОР призвано помочь учителям в индивидуализации обучения и
организации самостоятельной работы учащихся. Справились ли ЦОР с этой задачей,
показали ответы учащихся на вопрос «Как Вам больше нравится самостоятельно работать
на уроке?». Полученные результаты свидетельствуют о том, что большая часть опрошенных
учащихся девятых классов (44,9%) все-таки считают важным при самостоятельной работе
использовать одинаково и ЦОР, и бумажные носители информации. С использованием
только ЦОР предпочитают самостоятельно работать 28,1% опрошенных учащихся, а с
использованием только бумажного учебника − 27% школьников.
Эффективность обучения значительно повышается, когда у учащихся есть интерес к
учебе. По результатам мониторинга мы убедились в том, что использование ЦОР
способствует повышению мотивации и развитию интереса к учебе. Когда на уроках
педагоги начали использовать цифровые образовательные ресурсы, учащимся 9 класса
учиться стало:
•
намного интересней – 68,7%;
•
ничего не изменилось – 22,4%;
•
неинтересно – 8,9%.
На вопрос «Изменилось ли ваше отношение к предмету «Физика» после работы с
ЦОР?» учащиеся 9 класса ответили:
•
да, в лучшую сторону – 60,7%;
•
осталось без изменений – 35,6%;
•
да, в худшую сторону - 3,7%.
Эти данные свидетельствуют о том, что ЦОР помогли оценить роль и значение
предметных знаний и умений по физике большинству учащихся. Мы убедились, что
184
цифровые образовательные ресурсы создают дополнительную мотивацию для обучения
физике в старших классах общеобразовательной школы.
Мультимедийные возможности ЦОР: визуализировать изучаемые физические явления,
возможность самостоятельно выполнять виртуальные опыты, манипулировать
виртуальными приборами, системная отработка полученных знаний и умений − все это
способствует лучшему усвоению учебного материала по физике. Полученные результаты
свидетельствуют о том, что после использования ЦОР большая часть опрошенных учащихся
девятых классов (68,2%) стала лучше понимать содержание учебного материала , 22,2%
затруднились высказать мнению по этому поводу, не заметили особых изменений 9,6%
школьников.
На вопрос, с какими компонентами ЦОР ученикам больше всего понравилось работать,
мы получили такие ответы: 32% опрошенных отметили мультимедийные презентации,
26,3% –
видеоролики, 23,7% учащихся − интерактивные задания, 18% учащихся – тесты.
По итогам мониторинга мы убедились также, что использование ЦОР влияет на
повышение текущей успеваемости учащихся, что наглядно можно увидеть из
представленной ниже таблицы:
Наиболее
частые
оценки
(текущие)
До использования ЦОР
После использования ЦОР
5
16,5%
20%
4
46,5%
50,4%
3
36,2%
28,6%
2
0,6%
0,5%
1
0,2%
0,2%
Анализ ответов девятиклассников позволил сделать вывод, что после использования
ЦОР в их дневниках оценки «5» и «4» преобладают над оценками «3» и «2». Количество
учеников, получавших оценки «5» увеличилось на 3,5%, получавших «4» − на 3,9%, а число
«троечников» сократилось: если их до использования ЦОР было 36,2%, то после
использования ЦОР их количество уменьшилось на 7,4 %, уменьшилось на 0,1% и число
ребят, получавших неудовлетворительные оценки.
Из приведенного анализа можно сделать вывод, что использование в учебном процессе
цифровых образовательных ресурсов по физике действительно позволяет повысить интерес
и мотивацию к обучению, активизировать познавательную деятельность учащихся,
способствует росту творческого и интеллектуального потенциала, что в целом приводит к
повышению качества обучения.
185
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Для современных школьников использование возможностей инфокоммуникационных
технологий — норма жизни. Вот почему сегодня электронное обучение – это объективная
закономерность. Именно электронное обучение может быть мощным фактором
формирования личности новой генерации и свободным гражданином в океане
информационного общества.
Электронное обучение в общеобразовательной школе обеспечивается информационно-
образовательной средой цифрового образовательного контента, реализующего
своевременный перенос достижений ИКТ в процесс обучения, интеграцию их с
педагогическими технологиями на основе мобильного содержания образования,
интерактивных способов деятельности и персонифицированного учета достижений
школьников. ИКТ на новом уровне обеспечивают реализацию дидактических принципов и
психолого-педагогических закономерностей процесса обучения.
В ходе апробации подтверждено, что внедрение электронного обучения с
использованием цифровых образовательных ресурсов как информационно-образовательной
среды обеспечивает повышение качества образования, так как позволяет на новом уровне
реализовать дидактические принципы наглядности, системности, целостности, доступности,
воспитывающего обучения и др.; обеспечивает индивидуализацию обучения, повышение
мотивации учащихся, формирование адекватной самооценки учащихся, подготовку к
единому национальному тестированию и т.д.
186
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1.
Башарұлы Р., Тоқбергенова У., Қазақбаева Д., Бекбасар Н. Физика. Жалпы білім
беретін мектептің 9-сыныбына арналған оқулық. – Алматы: «Мектеп», 2013.
2.
Кронгарт Б. А., Тезекеев С.М. Физика және астрономия. Есептер жинағы. Жалпы
білім беретін мектептің 9-сыныбына арналған оқу құралы. – Алматы: «Мектеп»,
2005.
3.
Рымкевич А. П. «Физика есептерінің жинағы». Орта мектептің 9-11-сыныптарына
арналған. – Алматы: «Рауан», 1998.
4.
Башарулы Р., Казакбаева Д. М., Токбергенова У.К. , Бекбасар Н. Физика .
–
Алматы:
«Мектеп», 2013.
5.
Чертов А.Г., Воробьев А.А. Задачник по физике. – Москва: «Физматлит», 2002.
Document Outline - Сабақтың көрнектілігі: Электрондық оқытудың ақпараттық жүйесінің Е-Кітапханасы № 2259 ЦБР «Қозғалыс – материяның басты қасиеті», интерактивті тақта, проектор.
- Сабақтың көрнектілігі: Электрондық оқытудың ақпараттық жүйесінің Е-Кітапханасы № 2260 ЦБР «Векторлар және оларға амалдар қолдану», интерактивті тақта, проектор.
- Сабақтың көрнектілігі: Электрондық оқытудың ақпараттық жүйесінің Е-Кітапханасы, № ЦБР 2261 «Түзу сызықты бірқалыпты үдемелі қозғалыс», интерактивті тақта, проектор.
- Сабақтың көрнектілігі: Электрондық оқытудың ақпараттық жүйесінің Е-Кітапханасы, №2262 ЦБР «Түзу сызықты тең үдемелі қозғалыс кезіндегі жылдамдық пен орынауыстыру», интерактивті тақта, проектор.
- Сабақтың көрнектілігі: Электрондық оқытудың ақпараттық жүйесінің Е-Кітапханасы, № 2263 ЦБР «Денелердің еркін түсуі. Еркін түсу үдеуі», интерактивті тақта, проектор.
- Сабақтың көрнектілігі: Электрондық оқытудың ақпараттық жүйесінің Е-Кітапханасы, № 2266 ЦБР «Сызықтық және бұрыштық жылдамдықтар», № 2267 ЦБР «Центрге тартқыш үдеу». интерактивті тақта, проектор.
- Сабақтың көрнектілігі: Электрондық оқытудың ақпараттық жүйесінің Е-Кітапханасы, № 2277 ЦБР «Дене импульсі», № 2278 ЦБР «Импульстің сақталу заңы», .интерактивті тақта, проектор.
- Сабақтың көрнектілігі: Электрондық оқытудың ақпараттық жүйесінің Е-Кітапханасы, № 2280 ЦБР «Энергия», интерактивті тақта, проектор.
Достарыңызбен бөлісу: |