Механические колебания

1.

Рожденный пустыней
Колеблется звук,
Колеблется синий
На нити паук.
Колеблется воздух,
Прозрачен и чист.
В сияющих звездах
Колеблется лист…Учитель физики
Карасева И.В.
МОУ СОШ № 7
г.Сальск

2.

модели
факты

3. Колебательное движение

Цели
– определить понятие колебательного
движения;
- познакомиться с видами колебаний;
- научиться выделять, наблюдать и описывать
механические колебания.
Основополагающий вопрос:
Можно ли назвать колебательное
движение механическим
движением?

4. Колебания – это движения, которые точно или приблизительно повторяются через определенные интервалы времени.

Колебательное движение
широко распространено в
природе:
Колеблются деревья, ветки и
листья, лепестки цветов.
Колеблется маятник в часах.
Колеблется вода в сосуде.
Объект изучения – колебательная
физическая система, в которой происходят
колебания.

5.

Какими свойствами должна обладать
система, для того чтобы в ней могли
возникнуть свободные колебания?
2. Трение в сист еме должно быт ь дост ат очно
1. При выведении
мало. т ела из положения
равновесия в сист еме должна возникат ь сила,
ст ремящаяся вернут ь т ело в положение
равновесия.

6. Свободные колебания

Колебания в системе под
действием внутренних сил.
Почему свободные колебания с
течением времени затухают?

7. Вынужденные колебания

Чем различаются эти два вида
колебаний?
Колебания под действием внешней
периодически изменяющейся силы
называются
вынужденными

8.

Х
t
Что такое
модель ?
Зачем модели нужны?
Есть ли модели в природе?

9.

Изучение сложных природных явлений в
полном объеме часто невозможно без
введения упрощающих предположений. В
таком случае полученные теорией
результаты могут служить в качестве
приближения к реальной картине явления.
Подобные приближения называют
модельными.
Модель в физике – упрощенная версия
физической системы (процесса),
сохраняющая ее (его) главные черты.

10. Математический маятник

Математический маятник – это
материальная точка,
подвешенная на длинной
невесомой и нерастяжимой
Х
нити.
А
t
-А
L
m

11. Пружинный маятник

k
1. Какие тела и силы действуют
на груз в положении равновесия?
k
m
2m
k-жесткость
пружины
2. Как силы соотносятся между
собой? Остается ли это
соотношение во время движения?
3. Какие объекты еще начинают
действовать на груз при
отклонении его из положения
равновесия? Меняется ли это
действие во время движения
груза?

12.

Колебания груза на
пружине.

13. Кинематические характеристики

• Период– Т (с) – время одного полного
колебания.
• Частота – ν (1/с = 1 Гц) – число колебаний в
единицу времени.
• Смещение – Х (м) – отклонение от
положения равновесия.
• Амплитуда – А (м) – максимальное
отклонение от положения равновесия.
• Фаза – φ (рад/с) – аргумент
х = х sin(ωt + φ), описывающей
гармонические колебания.
функции

14.

Гармонические
колебания
Периодические изменения физической
величины в зависимости от времени,
происходящие по закону синуса или
косинуса, называют гармоническими
колебаниями
φ
L
m
Fупр
X = A sin (ωt + φ)
Fупр
mg sin φ
mg cos φ
mg
mg
ω = 2πν –
циклическая
частота

15.

Х
А - амплитуда
А
0
-А
t

16.

Х
х1 =А
х5=А
х2 =0
х4=0
Х1=Acos(2π/T)0=A
X2=Acos(2π/T)T/4=
t =Acosπ/2=0
X3=Acos(2π/T)T/2=
=-A
х3=А
X4=Acos(2π/T)(3/4)T
=Acosπ/2=0
X5=Acos(2π/T)T=A

17.

Х1=Acos(2π/T)0=A- отклоним от
положения равновесия.
х1
v
х2=0
х3
x4=0
v
X2=Acos(2π/T)T/4= =Acosπ/2=0 –
маятник проскакивает равновесное
положение, двигаясь влево.
X3=Acos(2π/T)T/2= =-A – отклонение от
положения равновесия в
противоположную сторону.
X4=Acos(2π/T)(3/4)T =Acosπ/2=0 –
маятник проскакивает положение
равновесия, двигаясь вправо.
X5=Acos(2π/T)T=A – возвращение в
первоначальную точку.
x5

18.

Одной из характеристик колебания
является период – время одного полного
колебания.
задача:
план:
Постановка
проблемы
Выяснить , от чего зависит период
колебаний математического
маятника.
гипотезы
эксперимент
выводы

19.

Сформулируйте гипотезы для
исследования и перейдите к
следующему этапу.
• Вы затрудняетесь это сделать?
• Тогда обратитесь к подсказке

20.

Вы проверили выдвинутые гипотезы ?
T = f (m) - ?
T = f (A) - ?
T = f (L) - ?
Период колебаний математического
маятника зависит от длины нити.
Если Ваш вывод совпал с теоретическим,
то перейдите на следующий этап
Если Вы получили в результате
выполнения эксперимента другие результаты,
то повторите измерения еще раз

21.

Г инеобходим
п о т е з эксперимент!
ы
Для проверки
1.Период зависит от массы груза ?
2.Период
зависит от амплитуды
колебаний ?
m
M
3. Период зависит от длины нити ?
l
L
А
а

22. Экспериментальная проверка

1. Сформулируйте цель работы.
2. Продумайте ход эксперимента и
подберите необходимое оборудование.
3. Проведите измерения.
4. Заполните таблицу (см. « рабочая
тетрадь, лист 3»).

23. Экспериментальная проверка

1. Сформулируйте цель работы.
2. Продумайте ход эксперимента и
подберите необходимое оборудование.
3. Проведите измерения.
4. Заполните таблицу (см. « рабочая
тетрадь, лист 3»).

24. Период Т математического маятника зависит от длины нити L, т.е. T = f (L).

Задача - определить характер
зависимости T = f (L).
(Используйте план экспериментальной проверки)
У Вас получилось:
зависимость линейная
нелинейная

25. 1.Постройте график зависимости периода Т от длины нити L.

1.Пост ройт е график зависимост и периода Т
от длины нит и L.
Т
L
2. Попробуйт е уст ановит ь
мат емат ическую форму нелинейной
зависимост и Т = f (L).
( используйт е план эксперимент альной
проверки)
После выполнения нажмит е

26.

Вы изменяли длину нити.
Если Вам не удалось найти форму
математической зависимости, попробуйте
изменить длину нити в целое число раз:
в 2 раза, в 4 раза, в 9 раз, в 16 раз и
т.д.
Запишите результаты в «рабочую
тет радь».

27.

Вы получили Т2 ~ L ? Или
Т ~ √L ?
ДА
НЕТ

28.

«Коль знаньем овладеть
ты смог, дари его
другим;
Костру, что сам в душе
зажег, не дай растаять в
дым!»
Джами

29.

Домашнее
задание

30. Теоретически зависимость периода колебаний математического маятника от длины нити выражается формулой: Т = 2π √L /g (1)

Попробуйте ответить на вопросы:
1.Используется ли математика при проведении
физических измерений? В чем это выражается?
2. Зачем в своей исследовательской экспериментальной
работе Вы строили график?
3. Какие физические величины можно определить с
помощью формулы (1)?
4.Попробуйте сформулировать тему и цели еще одной
лабораторной работы.
5. Разработайте план работы (если затрудняетесь, то
обратитесь к подсказке).

31. Энергетическое описание движения колебательных систем

Цель –
продолжить знакомство с динамическим
описанием колебательного движения.
Вопрос:
Можно ли использовать закон сохранения
энергии для описания колебаний?
Fупр
mg
φ
х
h
L
F
mg

32.

Превращения энергии в системах без
трения.
Полная механическая энергия
колеблющегося тела равна сумме
кинетической и потенциальной
энергий.
W = Wk + Wp = mvx2/2 + kx2/2
Колебания при наличии сил
сопротивления являются затухающими.
x(t)
t

33. Использование колебаний

Для чего нужны знания физики,
порой такие сложные?
Маятниковые часы

34.

Если колебательная система
черпает энергию порциями от
внешнего источника ( в котором
колебания не совершаются), то в
системе возбуждаются
автоколебания, причем она
получает энергию с частотой,
равной собственной частоте
колебательной системы.

35.

Автоколебательная
система
Обратная связь
клапан
Колебательная
система

36. Маятниковые часы

Источником энергии
служит гиря, поднятая
на определенную
высоту. Через анкер
она толчками с
помощью ходового
колеса передает
маятнику энергию,
поддерживая
незатухающими его
колебания.

37. Частотомер

Устройство частотомера основано на
явлении резонанса.
Х
ω=ω0
ω

38.

39. Р Е З О Н А Н С

Может ли колебательное движение
механической системы быть
вечным?
Почему колебания маятника с
течением времени затухают?
Как влияют на колебания системы
действия внешних сил?

40. Внешнее действие периодично. В этом случае система совершает колебания с частотой внешней силы – вынужденные колебания.

?
Зависит ли амплит уда
колебаний маятника от частоты
изменения внешней силы?

41. Явление резкого возрастания амплитуды колебаний маятника при совпадении частоты изменения внешней силы с частотой свободных

колебаний
называется резонансом.
А
Ω = ω0
ω

42. Вы познакомились с механическими колебаниями.

При изучении периодических колебательных
процессов
интерес
представляют
Теперьособый
Вы можете
ответить
на
общие признаки,
характеризующие
основополагающий
вопрос ?
повторяемость в движении, а не положение
и скорость Можно
колеблющегося
тела в любой
ли назвать
момент времени.
колебательное движение
Однако…
механическим движением ?
и скорость, и координата тела меняются с
течением времени по определенному
закону, подчиняющемуся общим законам
механики.

43. Колебания, распространяющиеся в пространстве с течением времени, называются ВОЛНАМИ

Колебания,
Но
распространяющиеся в
пространстве
это темас течением
времени, называются
ВОЛНАМИ
уже другого
урока…

44.

Увы…
Вам необходимо повторить теорию
еще раз…

45. Повторите измерения еще раз!

46.

Я уже знаю_____________________________
Я хочу узнать___________________________
Для этого мне нужно_____________________
План моих действий: 1.___________________
2.___________________
3.___________________
Делаю:1._________
Наблюдаю:
1._________
2._________
2._________
3._________
3._________
Вычисляю: 1._________
2._________
3._________
Выводы:_______________________________
______________________________________

47.

Используемая литература:
1. Перышкин А.В. «Физика 9».- М.: Дрофа,2004.
2. Сауров Ю.А. Физика в 11 классе: Модели
уроков. – М.: Просвещение, 2005.
3. Шахмаев Н.М., Шахмаев С.Н., Шодиев Д.Ш.
Физика 9 – М.: Просвещение, 1999.
Спасибо за внимание
И
4. Атаманская М.С. «Технология
графических образов».- Ростов-на-Дону:
ИПК и ПРО, 2006.
хорошо выполненную
работу !
5. Гульчевская В.Г. Педагогические основы
современного образования. – Ростов-на-Дону:
ИПК и ПРО, 2006.
6. Максимова Л.И.Методическое пособие. –
Ростов-на-Дону: ИПК и ПРО, 2006.
7. Мультимедийные энциклопедии.