загрузка...


Поурочные разработки по программе А. В. Перышкина и Громова С. В. 9 класс

Поурочные разработки по программе А. В. Перышкина

Глава II. МЕХАНИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ. ЗВУК

Урок 27. Резонанс

Цели урока:

Познакомиться с явлением резонанса; изучить физическое содержание этого явления. На качественном уровне продемонстрировать его разрушающую способность.

Ход урока

I. Проверка домашнего задания, повторение

- Может ли тело, находясь в реальных условиях, совершать колебательное движение без потерь энергии?

- Как меняется с течением времени амплитуда затухающих колебаний?

- Где быстрее прекратятся колебания маятника: в воздухе или в воде? Начальный запас энергии в обоих случаях одинаков.

- Какое превращение происходит с энергией в математическом маятнике, если отсутствует сила трения?

- Что необходимо сделать, чтобы колебания были незатухающими?

- Какие колебания называются вынужденными?

II. Письменная проверочная работа

Вариант I

1. За 5 с маятник совершает 10 колебаний. Чему равен период колебаний?

а) 5 с;

б) 2 с;

в) 0,5 с;

г) 50 с.

2. Как изменится период колебаний груза на пружине, если жесткость пружины увеличить в 4 раза?

а) увеличится в 4 раза;

б) увеличится в 2 раза;

в) уменьшится в 2 раза;

г) уменьшится в 4 раза.

3. Каким выражением определяется период математического маятника?

image76

4. Каков примерно период колебаний математического маятника длиной 40 м? g = 10 м/с2.

а) 12 с;

б) 1/12 с;

в) 2 с;

г) 0,5 с.

5. Как изменится период колебаний математического маятника, если его длина уменьшится в 9 раз?

а) увеличится в 3 раза;

б) увеличится в 9 раз;

в) уменьшится в 3 раза;

г) уменьшится в 9 раз.

6. Как будет изменяться период колебаний математического маятника, если его поднять над поверхностью Земли?

а) увеличится;

б) уменьшится;

в) не изменится;

г) сначала увеличится, затем уменьшится.

Вариант II

1. За 6 с маятник совершает 12 колебаний. Чему равна частота колебаний?

а) 0,5 Гц;

б) 2 Гц;

в) 72 Гц;

г) 6 Гц.

2. Как изменится период колебаний груза на пружине, если массу груза уменьшить в 4 раза?

а) увеличится в 4 раза;

б) увеличится в 2 раза;

в) уменьшится в 2 раза;

г) уменьшится в 4 раза.

3. Как изменится период колебаний груза на пружине, если жесткость пружины уменьшить в 16 раз?

а) увеличится в 4 раза;

б) увеличится в 2 раза;

в) уменьшится в 2 раза;

г) уменьшится в 2 раза.

4. Как изменится период колебаний математического маятника, находящегося на высоте 20 км, если его вернуть на Землю?

а) увеличится;

б) уменьшится;

в) не изменится;

г) сначала увеличится, затем уменьшится.

5. Каков примерно период колебаний систематического маятника длиной 10 м? (g = 10 м/с2)

а) б с;

б) 1/6 с;

в) 1 с;

г) 10 с.

6. Каким выражением определяется период колебаний груза на пружине?

III. Новый материал

Изложение нового материала можно увязать с уже изученным ранее: вынужденные колебания позволяют создавать незатухающие колебательные системы.

Ранее уже было показано, что амплитуда вынужденных колебаний зависит от частоты действия внешней силы. Показав зависимость амплитуды колебаний от длины нитей, на которых подвешены шарики, (см. учебник, стр. 105), наблюдаем, что амплитуда возрастает по мере того, как частота приложения внешней силы приближается к собственной частоте нитяного маятника.

Если v = vCOБCT, наблюдается наибольшая амплитуда колебаний. Явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний называется резонансам.

Резонанс наступает, когда частота действия внешней силы совпадает с частотой собственных колебаний в системе:

v = vCOБCT

Запустив маятник 1, мы заставим периодически деформироваться рейку, к которой прикреплены нити других маятников. Через некоторое время мы увидим, что маятник 6 будет совершать колебания с наибольшей амплитудой, чем остальные маятники. Это объясняется тем, что v1 = v6. Система начинает резонировать.

С энергетической точки зрения максимальной амплитуде соответствует максимальная энергия в системе. Это значит, что при v = vCOБCТ внешняя сила совершает самую большую полезную работу.

График зависимости амплитуды от частоты называется резонансной кривой (рис. 53). На рисунке представлены две резонансные кривые для двух систем с одинаковыми собственными частотами.

image78

- Почему в системах разные амплитуды при резонансе?

Понятно, что поступающая энергия в систему используется по-разному. В системе II сила трения заметно меньше, чем в системе I. Поэтому и пополнение полной энергии системы происходит по-разному.

Говоря о применении резонанса, следует сказать, что в отдельных случаях системы должны резонировать, а в других случаях этого нельзя допускать.

На принципе резонирования работает язычковый частотомер. Прикладывая небольшие усилия, раскачивают тяжелые языки колоколов.

Если частота собственных колебаний больших сооружений (мосты, телебашни) совпадает с частотой действия внешней силы, то может произойти разрушение конструкции. Такие случаи уже были в истории - разрушение моста во Франции строем солдат, шедших в ногу. В 1830 г. по той же причине обрушился подвесной мост в Англии около Манчестера. В 1906 г. из-за резонанса разрушился так называемый Египетский мост в Петербурге, по которому проходил кавалерийский эскадрон. Теперь для предотвращения подобных случаев войсковым частям при переходе через мост приказывают «сбить ногу» и идти не строевым, а вольным шагом.

При движении поезда по мосту специально выбирают такую скорость, чтобы частота ударов колес о стыки рельсов была отлична от собственной частоты моста. На заре развития авиации некоторые авиационные двигатели вызывали столь сильные резонансные колебания частей самолета, что он разваливался в воздухе.

Подводя итог, важно заметить, что явление резонанса неизбежно всегда присутствует в тех системах, где реализованы вынужденные колебания.

IV. Упражнения и вопросы для повторения:

- Что называется механическим резонансом?

- Каково условие резонанса?

- Начертите резонансные кривые для двух тел, колеблющихся с различным трением.

- Приведите примеры вредного и полезного проявления механического резонанса.

V. Решение задач

1. Крылья пчелы, летящей за нектаром, колеблются с частотой v1 = 420 Гц, а при полете обратно (с нектаром) v2 = 300 Гц. За нектаром пчела летит со скоростью v1 = 7 м/с, а обратно v2= 6 м/с. При полете в каком направлении и на сколько больше пчела сделает взмахов крыльями (Δn), если расстояние от улья до цветочного поля S = 500 м? (Ответ: больше при полете за нектаром; Δn = 5000.)

2. Найти массу груза, который на пружине жесткостью 250 Н/м делает 20 колебаний за 16 с. (Ответ: 4 кг.)

3. Какое значение получил ученик для ускорения свободного падения при выполнении лабораторной работы, если маятник длиной 80 см совершил за 1 мин. 34 колебания? (Ответ: 10,1 м/с2.)

Домашнее задание

1. § 30;

2. Выполнить упражнения № 35, 37.






загрузка...
загрузка...