Виды колебаний - Колебания и волны

Цели: выяснить природу свободных и вынужденных колебаний.

Демонстрации: установки для демонстрации вынужденных колебаний; математический и пружинный маятники.

Ход урока

I. Повторение. Проверка домашнего задания

Содержание материала прошлого урока достаточно простое, поэтому повторение может быть основано на вопросах к параграфу учебника. К ним можно добавить два-три вопроса по теме, например:

- Чем определяется амплитуда колебаний в системе?

- Как по двум графикам затухающих колебаний определить, в какой системе трение больше?

Выполнение экспериментального задания можно проверить выборочно у части учеников. Одно из лучших выполненных заданий можно привести в качестве примера у доски.

II. Изучение нового материала

План изложения нового материала:

1. Свободные и вынужденные колебания.

2. Параметры колебательных систем.

3. Демонстрация экспериментов.

1. Начиная объяснение нового материала, необходимо сразу дать четкое определение двух видов колебаний.

Колебания, которые происходят только под действием внутренних сил в системе, называются свободными. Примерами являются колебания груза на нити, тела на пружине. Возбудив в этих системах колебания, ученики наблюдают, что даже за короткий промежуток времени они практически прекращаются. Значит, все свободные колебания являются затухающими.

Но часто встречается другой тип колебаний. Это - вынужденные колебания. Колебания, которые происходят под действием внешней, периодически действующей силы, называются вынужденными. Это - езда по ухабам, движение качелей, различные вибрации и так далее.

Показывая на модели вынужденные колебания, учитель подчеркивает, что в колебательную систему поступает энергия извне. Причем строго периодически.

Таким образом, даже при наличии трения в системе, вынужденные колебания могут быть незатухающими за счет подводимой энергии.

2. Параметры колебательной системы можно задавать при конструировании. Чтобы амплитуда колебания была постоянной, необходимо в отдельные моменты времени совершать внешней силой работу, причем такую, чтобы:

Параметры колебательных систем по величине периода и частоте можно рассчитать так:

а) для пружинного маятника:

где m - масса груза, k - жесткость пружины.

Тогда собственная частота системы:

б) для нитяного маятника:

где l - длина нити, g - ускорение свободного падения

Собственная частота системы:

3. Выведенные зависимости легко проследить, если запустить две пары маятников. Первая пара - грузы на нитях разной длины. Наглядно замечаем, что период колебаний маятника с короткой нитью меньше.

Вторая пара - пружинные маятники с грузами разной массы. Период колебаний больше в той системе, где масса груза больше.

Различные конструкции в природе и нашей жизни имеют собственные частоты колебаний. Это - высотные здания, вышки, мосты и так далее. Правда, их амплитуды и частоты малы и поэтому колебания малозаметны.

В заключение можно остановиться на применении вынужденных колебаний. Это - работа отбойных молотков, механических часов, вибромолотов и так далее.

III. Закрепление материала

С целью закрепления материала можно провести краткий опрос-беседу по изученной теме.

- Какие из перечисленных ниже колебаний являются свободными:

а) колебания груза, подвешенного к пружине после однократного его отклонения от положения равновесия;

б) колебания диффузора громкоговорителя во время работы приемника;

в) колебания груза на нити, одни раз отведенного от положения равновесия.

- Какие из перечисленных ниже колебаний являются вынужденными:

а) колебания качелей, раскачиваемых человеком, стоящим на земле;

б) колебания струны гитары;

в) колебания чашек рычажных весов.

- Подвешенный на нити груз совершает малые колебания. Считая колебания незатухающими, укажите все правильные утверждения:

а) чем длиннее нить, тем больше частота колебаний;

б) при прохождении грузом положения равновесия скорость груза максимальна;

в) частота колебаний зависит от массы груза.

- Подвешенный на пружине груз совершает малые колебания в вертикальном направлении. Считая колебания незатухающими, укажите все правильные утверждения:

а) чем больше жесткость пружины, тем больше период колебаний;

б) период колебаний зависит от амплитуды;

в) период колебаний зависит от массы груза.

Домашнее задание

1. § 19 учебника; вопросы и задания к параграфу.

2. Задачи и упражнения (учебник, с. 126) № 99-103.

3. Сборник задач В. И. Лукашика, Е. В. Ивановой, № 875, 876.