Волновые явления. Распространение механических волн. Длина волны. Скорость распространения волны. Решение задач.
план-конспект урока по физике (11 класс) на тему

24-25.Волновые явления. Распространение механических волн. Длина волны. Скорость распространения волны. Решение задач.

http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/669bc79e-e921-11dc-95ff-0800200c9a66/2_5.swf

1. Распространение упругих колебаний. Волна 

Мы переходим к изучению вопросов, связанных с волнами. Поговорим о том, что такое волна, как она появляется и чем характеризуется. Оказывается, помимо просто колебательного процесса в узкой области пространства, возможно еще и распространение этих колебаний в среде, именно такое распространение и есть волновое движение.

Перейдем к обсуждению этого распространения. Чтобы обсудить возможность существования колебаний в среде, мы должны определиться с тем, что такое плотная среда. Плотной средой называют такую среду, которая состоит из большого числа частиц, взаимодействие которых очень близко к упругому. Представим следующий мысленный эксперимент.

Рис. 1. Мысленный эксперимент

Поместим в упругую среду шар. Шар будет сжиматься, уменьшаться в размерах, а потом расширяться наподобие биения сердца. Что в этом случае будет наблюдаться? В этом случае частицы, которые прилегают вплотную к этому шару, будут повторять его движение, т.е. удаляться, приближаться – тем самым будут совершать колебания. Поскольку эти частицы взаимодействуют с другими более удаленными от шара частицами, то они также будут совершать колебания, но с некоторым запаздыванием. Частицы, которые к этому шару прилегают вплотную, совершают колебания. Они будут передаваться другим частицам, более далеким. Таким образом, колебание будет распространяться по всем направлениям. Обратите внимание, в данном случае произойдет распространение состояния колебаний. Такое распространение состояния колебаний мы и называем волной. Можно сказать, что

Процесс распространения колебаний в упругой среде с течением времени называется механической волной.

Обратите внимание: когда мы говорим о процессе возникновения таких колебаний, надо говорить о том, что они возможны, только если существует взаимодействие между частицами. Другими словами, волна может существовать только тогда, когда есть внешняя возмущающая сила и силы, которые противостоят действию силы возмущения. В данном случае это силы упругости.

Механические волны могут распространяться в упругой среде.

Упругой, называется среда, которая состоит из большого количества частиц, взаимодействующих между собой силами упругости.

Процесс распространения в данном случае будет связан с тем, какова плотность и сила взаимодействия между частицами данной среды.

Отметим еще одну вещь.

Волна не переносит вещества. Ведь частицы совершают колебания возле положения равновесия. Но вместе с тем волна переносит энергию. Этот факт можно проиллюстрировать волнами цунами. Вещество не переносится волной, но волна переносит такую энергию, которая приносит большие бедствия.

2. Продольные и поперечные волны 

Поговорим о типах волн. Существуют две разновидности – волны продольные и поперечные. Что такое продольные волны? Эти волны могут существовать во всех средах. И пример с пульсирующим шаром внутри плотной среды – это как раз пример образования продольной волны. Такая волна представляет собой распространение в пространстве с течением времени. Вот это чередование уплотнения и разряжения и представляет собой продольную волну. Еще раз повторюсь, что такая волна может существовать во всех средах – жидких, твердых, газообразных.

Продольной называется волна, при распространении которой частицы среды совершают колебания вдоль направления распространения волны.

Рис. 2. Продольная волна

Что касается поперечной волны, то поперечная волна может существовать только в твердых телах и на поверхности жидкости.

Поперечной называется волна, при распространении которой частицы среды совершают колебания перпендикулярно направления распространения волны.

Рис. 3. Поперечная волна

Скорость распространения продольных и поперечных волн разная, но это уже тема следующих уроков.

Определение продольных и поперечных волн http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/941a7cc0-dfcf-4049-9cc9-2ab4d46df535/9_21.swf

Анимация «Образование продольных  и поперечных  волн»

http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/8c528626-ef61-4d4c-b0a9-47a71a1f17bf/9_20.sw

Модель "Поперечная волна" 

Рисунок «Продольные и поперечные волны» http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/4e174772-5e6d-40eb-94ba-d6fde0bcae5d/9_23b.swf

 Длина волны. Скорость распространения волн

http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/669bc79f-e921-11dc-95ff-0800200c9a66/2_6.swf

3. Введение 

Урок посвящен теме «Характеристики волнового движения». 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 l (лямбда, или говорят «ламбда») и измеряется в метрах.

А – амплитуда [м]

Т – период [с]

ν – частота [Гц]

l – длина волны [м]

[00:01:30Длина волны]

Что такое длина волны?

Длина волны – это наименьшее расстояние между частицами, совершающими колебание с одинаковой фазой.http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/66d5a876-bd5a-4ce2-8842-00cfa68ebdc2/9_20b.swf

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.

4. Скорость волны 

Следующая характеристика – это скорость распространения волны (или просто скорость волны). Скорость волны обозначается, так же как и любая другая скорость, буквой V и измеряется в м/с. Как наглядно объяснить, что такое скорость волны? Проще всего это сделать на примере поперечной волны. Представьте себе летящую над гребнем волны чайку. Ее скорость полета над гребнем и будет скоростью самой волны.

Рис. 2. К определению скорости волны

5. Связь длины волны и ее скорости 

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: .Формула «Длина волны»http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/c9813903-1f29-43d3-bd8f-73a1bd7622be/148.swf

Скорость можно определить как отношение длины волны, расстояние, пройденное волной за 1 период, к периоду колебания частиц среды, в которой распространяется волна. Кроме этого, вспомним, что . Тогда имеем еще одно соотношение для скорости волны: V = lν.

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.

Модель "Длина волны" 

Волны в природе и технике http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/7eefb71d-0ca2-413c-9ad7-f56a3a3997ab/9_23c.swf

Интерактивная задача http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/005c2e65-9589-4802-a649-c73e00f852b7/150.swf

Прежде, чем начать решение задач, ответим на вопросы:

1. В чем состоит основное свойство всех волн независимо от их природы?

2. Почему в газах и жидкостях не могут существовать поперечные волны?

3. Какое тело может создавать в окружающей среде звуковую волну?

Решить задачи на применение вышеизученного материала:

При решении задач скорость звука в воздухе считается заданной и равной 330 м/с.


1. В океанах длина волны достигает 300 м, а период 13,5 с. Определите скорость распространения такой волны.
2. Определите длину звуковой волны при частоте 200 Гц.
3. Наблюдатель услышал звук артиллерийского выстрела через 6 с после того, как увидел вспышку. На каком расстоянии от него находилось орудие?
4. Длина звуковых волн, излучаемых скрипкой. может изменяться от 23 мм до 1,3 м. Каков диапазон частот скрипки?
5. Расстояние до преграды, отражающей звук, равно 66 м. Через сколько времени человек услышит эхо?

Можно предложить ещё ряд задач и решить их с помощью планшета, например Р №№ 439-444.

Домашнее задание: Параграфы 42-44, упр 6, стр 129.