Nüüd pöördume võnkumiste leviku uurimise poole. Kui me räägime mehaanilistest vibratsioonidest, see tähendab mis tahes tahke, vedela või gaasilise keskkonna osakeste võnkeliikumisest, siis vibratsiooni levimine tähendab vibratsiooni ülekandumist keskkonna ühelt osakeselt teisele. Võnkumiste ülekandmine on tingitud asjaolust, et kandja külgnevad osad on omavahel ühendatud. Seda ühendust saab teha mitmel erineval viisil. See võib olla põhjustatud eelkõige elastsusjõududest, mis tulenevad keskkonna deformatsioonist selle vibratsiooni ajal. Sellest tulenevalt toob ühes kohas mis tahes viisil tekitatud vibratsioon endaga kaasa võngete järjestikuse esinemise teistes, originaalist üha kaugemates kohtades ja tekib nn laine.

Mehaanilistel lainetel on igapäevaelus suur tähtsus. Need nähtused hõlmavad meid ümbritseva õhu elastsuse tõttu helivibratsiooni levikut. Tänu elastsetele lainetele kuuleme kaugelt. Mehaanilised lained, kuigi erinevat tüüpi, on samuti visatud kivist veepinnale jooksvad ringid, väikesed lained järve pinnal ja tohutud ookeanilained. Siin on veepinna külgnevate lõikude ühendus tingitud mitte elastsusjõust, vaid raskusjõust (§ 38) või pindpinevusjõududest (vt I köide, § 250). Õhus võivad levida mitte ainult helilained, vaid ka plahvatavate mürskude ja pommide hävitavad lööklained. Seismilised jaamad registreerivad tuhandete kilomeetrite kaugusel toimuvate maavärinate põhjustatud maapinna vibratsiooni. See on võimalik ainult seetõttu, et maavärina kohast levivad seismilised lained – vibratsioonid maakoores.

Suurt rolli mängivad ka täiesti erineva iseloomuga lainenähtused, nimelt elektromagnetlained. Need lained esindavad elektrilaengute ja voolude tekitatud elektri- ja magnetvälja võnkumiste ülekandumist ruumi ühest kohast teise. Elektromagnetvälja naaberlõikude vaheline seos tuleneb asjaolust, et igasugune elektrivälja muutus põhjustab magnetvälja ilmnemise ja vastupidi, igasugune magnetvälja muutus tekitab elektrivälja (§ 54), Tahke , vedel või gaasiline keskkond võib oluliselt mõjutada elektromagnetlainete levikut, kuid sellise keskkonna olemasolu ei ole nende lainete jaoks vajalik. Elektromagnetlained võivad levida kõikjal, kus võib eksisteerida elektromagnetväli, ja seega vaakumis, st ruumis, mis ei sisalda aatomeid.

Elektromagnetlainete põhjustatud nähtuste hulka kuulub näiteks valgus. Nii nagu meie kõrv tajub teatud mehaaniliste vibratsioonide sagedusvahemikku ja annab meile helitunde, nii tajub meie silm teatud (ja nagu näeme, väga kitsast) elektromagnetiliste vibratsioonide sagedusvahemikku ja annab meile valguse tunne.

Valguse levimist jälgides saab otse kontrollida, kas elektromagnetlained võivad levida vaakumis. Asetades õhupumba klaaskella alla elektrilise või kellamehhanismiga kella ja pumbates õhku välja, avastame, et heli vaibub järk-järgult väljapumbamisel ja lõpuks vaibub. Pilt kõigest, mis on kella all ja selle taga, silmaga nähtav, ei koge mingeid muutusi. Seda elektromagnetlainete omadust on raske üle hinnata. Mehaanilised lained ei ulatu Maa atmosfäärist kaugemale; elektromagnetlained avavad meile universumi kõige laiemad avarused. Valguslained võimaldavad meil näha Päikest, tähti ja muid taevakehi, mis on meist eraldatud tohutute "tühjade" ruumidega; nendelt kaugetelt kehadelt meieni jõudvate väga erineva pikkusega elektromagnetlainete abil saame teha kõige olulisemad järeldused universumi ehituse kohta.

1895. aastal Vene füüsik ja leiutaja Aleksandr Stepanovitš Popov (1859-1906) avastas elektromagnetlainete uue piiritu kasutusvaldkonna. Ta leiutas seadmed, mis võimaldavad neid laineid kasutada signaali edastamiseks – telegraafia ilma juhtmeteta. Nii sündis traadita side ehk raadio, tänu millele sai suur hulk valguslainetest palju pikemaid elektromagnetlaineid erakordse praktilise ja teadusliku tähenduse (§ 60).

Selle suurima leiutise praegune areng on selline, et raadiost võib õigustatult rääkida kui ühest kaasaegse tehnoloogia imest. Tänapäeval võimaldab raadio mitte ainult traadita telegraafi ja telefoni sidet maakera mis tahes punktide vahel, vaid ka edastada pilte (televisioon ja fototelegraafia), juhtida masinaid ja mürske eemalt (kaugjuhtimine), tuvastada ja isegi näha kaugelt. objektid, mis ise ei kiirga ise raadiolaineid (radar), juhivad laevu ja lennukeid etteantud kursil (raadionavigatsioon), vaatlevad taevakehade raadiokiirgust (raadioastronoomia) jne.

Allpool käsitleme mõnda siin mainitud elektromagnetlainete rakendust üksikasjalikumalt. Kuid isegi nende rakenduste lihtne (ja kaugeltki mitte täielik) loetelu ütleb palju nende lainete erakordse tähtsuse kohta.

Vaatamata mehaaniliste ja elektromagnetlainete erinevale olemusele on mis tahes lainenähtustele omane palju üldisi mustreid. Üks sedalaadi põhiseadusi on see, et iga laine levib ühest punktist teise mitte hetkega, vaid teatud kiirusega.

Need nähtused on omased mis tahes laadi lainetele. Veelgi enam, interferentsi, difraktsiooni ja polarisatsiooni nähtused on iseloomulikud ainult laineprotsessidele ja on seletatavad ainult laineteooria põhjal.

Peegeldus ja murdumine. Lainete levikut kirjeldatakse geomeetriliselt kiirte abil. Homogeenses keskkonnas ( n= const) kiired on sirgjoonelised. Samal ajal meedia vahelisel liidesel nende suunad muutuvad. Sel juhul moodustub kaks lainet: peegeldunud laine, mis levib esimeses keskkonnas sama kiirusega, ja murdunud laine, mis levib teises keskkonnas erineva kiirusega, sõltuvalt selle keskkonna omadustest. Peegeldusnähtus on tuntud nii heli (kaja) kui ka valguslainete kohta. Valguse peegeldumise tõttu tekib peeglis kujutluspilt. Valguse murdumine on paljude huvitavate atmosfäärinähtuste aluseks. Seda kasutatakse laialdaselt erinevates optilistes seadmetes: läätsed, prismad, optilised kiud. Need seadmed on erinevatel eesmärkidel kasutatavate seadmete elemendid: kaamerad, mikroskoobid ja teleskoobid, periskoobid, projektorid, optilised sidesüsteemid jne.

Häired lained - energia ümberjaotumise nähtus, kui kaks (või mitu) koherentset (sobivat) lainet on üksteise peale asetatud, millega kaasneb saadud laine intensiivsuse (amplituudi) vahelduvate maksimumide ja miinimumide interferentsmuster. Koherentseks nimetatakse laineid, mille puhul faasierinevus liitumispunktis jääb ajas muutumatuks, kuid võib muutuda punktist punkti ja ruumis. Kui lained kohtuvad ʼʼfaasisʼʼ, ᴛ.ᴇ. saavutavad samaaegselt maksimaalse hälbe ühes suunas, siis tugevdavad nad üksteist ja kui kohtuvad ʼʼantifaasisʼʼ, siis ᴛ.ᴇ. samaaegselt saavutada vastupidiseid kõrvalekaldeid, seejärel üksteist nõrgendada. Kahe laine kahe laine võnkumiste (koherentsi) koordineerimine valguse korral on võimalik ainult siis, kui neil on ühine päritolu, mis on tingitud kiirgusprotsesside iseärasustest. Erandiks on laserid, mille kiirgust iseloomustab kõrge koherentsus. Sel põhjusel jagatakse häirete jälgimiseks ühest allikast tulev valgus kahte lainete rühma, mis läbivad läbipaistmatu ekraani kahte auku (pilu) või õhukeste kilede liidese peegelduse ja murdumise tõttu. Ühevärvilise allika häiremuster ( λ = konst) on ekraanil kahte kitsast tihedalt asetsevat pilu läbivate kiirte jaoks vahelduvate heledate ja tumedate triipude kujul (Jungi eksperiment, 1801 ᴦ.). Eredad triibud - intensiivsuse maksimumid on täheldatud ekraani nendes punktides, kus kahe pilu lained kohtuvad faasis ʼʼfaasisʼʼ, st nende faaside erinevus.

, m = 0,1,2,…,(3.10)

See vastab kiirte teekonna erinevusele, täisarvu lainepikkuste kordsele λ

, m = 0,1,2,…,(3.11)

Tumedad triibud (vastastikused tagasimaksed), ᴛ.ᴇ. intensiivsuse miinimumid tekivad ekraani nendes punktides, kus lained kohtuvad ʼʼantifaasisʼʼ, st nende faaside erinevus on

, m = 0,1,2,…,(3.12)

See vastab kiirte teekonna erinevusele, mis on paaritu arvu poollainete kordne

, m = 0,1,2,….(3.13)

Häireid täheldatakse erinevate lainete puhul. Valge valguse interferents, sealhulgas kõik nähtava valguse lained lainepikkuse vahemikus mikronid võivad ilmneda õhukeste bensiinikilede sillerdava värvina veepinnal, seebimullidena, oksiidkiledena metallide pinnal. Interferentsi maksimumi tingimused filmi erinevates punktides on rahuldatud erinevate lainepikkustega erinevate lainete korral, mis toob kaasa erinevat värvi lainete võimenduse. Häiretingimused määratakse lainepikkuse järgi, mis nähtava valguse korral moodustab mikroni murdosa (1 μm = 10 -6 m), sellega seoses on sellel nähtusel aluseks erinevad täppis- (ʼʼultratäpsedʼʼ) uurimis-, kontrolli- ja mõõtmismeetodid. Häirete kasutamine põhineb interferomeetrite, interferentsispektroskoopide, aga ka holograafiameetodil. Valgusinterferentsi kasutatakse kiirguse lainepikkuse mõõtmiseks, spektrijoonte peenstruktuuri uurimiseks, ainete tiheduste, murdumisnäitajate ja õhukeste katete paksuse määramiseks.

Difraktsioon- nähtuste kogum, mis esineb laine levimisel keskkonnas, mille omadused on selgelt ebahomogeensed. Seda täheldatakse, kui lained läbivad ekraanil oleva augu, läbipaistmatute objektide piiride lähedal jne. Difraktsioon põhjustab laine keerdumise ümber takistuse, mille mõõtmed on proportsionaalsed lainepikkusega. Kui takistuse suurus on palju suurem kui lainepikkus, siis difraktsioon avaldub nõrgalt. Makroskoopilistel takistustel täheldatakse heli difraktsiooni, seismilisi laineid, raadiolaineid, mille puhul 1 cm km. Tasub öelda, et valguse difraktsiooni jälgimiseks peavad takistused olema oluliselt väiksemate mõõtmetega. Helilainete difraktsioon seletab võimet kuulda inimese häält, kes on maja nurga taga. Raadiolainete difraktsioon ümber Maa pinna seletab raadiosignaalide vastuvõtmist pikkade ja keskmiste raadiolainete levialas, mis jääb kiirgava antenni vaateväljast kaugele kaugemale.

Lainete difraktsiooniga kaasneb nende interferents, mis viib difraktsioonimustri moodustumiseni, intensiivsuse maksimumide ja miinimumide vaheldumiseni. Kui valgus läbib difraktsioonvõre, mis kujutab endast vahelduvate paralleelsete läbipaistvate ja läbipaistmatute ribade kogumit (kuni 1000 1 mm kohta), ilmub ekraanile difraktsioonimuster, mille maksimumide asukoht sõltub kiirguse lainepikkusest. See võimaldab kiirguse spektraalse koostise analüüsimiseks kasutada difraktsioonvõre. Kristallilise aine struktuur sarnaneb kolmemõõtmelise difraktsioonvõrega. Difraktsioonimustri jälgimine röntgenkiirte, elektronide või neuronite kiirte läbimisel läbi kristallide, milles aine osakesed (aatomid, ioonid, molekulid) on korrapäraselt paigutatud, võimaldab uurida nende omadusi. struktuur. Aatomitevaheliste kauguste iseloomulik väärtus on d ~ 10 -10 m, mis vastab kasutatava kiirguse lainepikkustele ja muudab need kristallograafilises analüüsis hädavajalikuks.

Valguse difraktsioon määrab optiliste instrumentide (teleskoobid, mikroskoobid jne) eraldusvõime piiri. Eraldusvõime – minimaalne kaugus kahe objekti vahel, mille juures neid nähakse eraldi, ei ühendata – on lubatud. Difraktsiooni tõttu näeb punktallika (näiteks teleskoobis oleva tähe) kujutis välja nagu ring, mistõttu lähedasi objekte ei lahendata. Eraldusvõime sõltub paljudest parameetritest, sealhulgas lainepikkusest: mida lühem on lainepikkus, seda parem on eraldusvõime. Sel põhjusel on optilise mikroskoobiga vaadeldava objekti suurus piiratud valguse lainepikkusega (umbes 0,5 µm).

Valguse interferentsi ja difraktsiooni nähtus on holograafias kujutiste salvestamise ja taasesitamise põhimõtte aluseks. D. Gabori (1900 - 1979) 1948. aastal välja pakutud meetod fikseerib interferentsmustri, mis saadakse objekti ja fotoplaadi valgustamisel koherentsete kiirtega. Saadud hologramm on vahelduvad heledad ja tumedad laigud, mis ei meenuta objekti, kuid difraktsioon valguslainete hologrammist, mis on identne selle salvestamisel kasutatud lainetega, võimaldab taastada reaalse objekti poolt hajutatud laine ja saada selle kolm mõõtmetega pilt.

Polarisatsioon- ainult põiklainetele iseloomulik nähtus. Valguslainete (nagu ka kõigi teiste elektromagnetlainete) põiksuunalisus väljendub selles, et neis võnkuvate elektriliste () ja magnetinduktsiooni () väljade vektorid on laine levimise suunaga risti. Samal ajal on need vektorid üksteisega risti, seetõttu on valguse polarisatsiooni oleku täielikuks kirjeldamiseks vaja teada ainult ühe neist käitumist. Valguse mõju salvestusseadmetele määrab elektrivälja tugevuse vektor, mida nimetatakse valgusvektoriks.

Loodusliku kiirgusallika poolt kiiratavad valguslained ᴛ.ᴇ. sõltumatute aatomite komplekt, ei ole polariseeritud, sest valgusvektori () võnkesuund loomulikus kiires muutub pidevalt ja juhuslikult, jäädes lainekiiruse vektoriga risti.

Valgust, mille puhul valgusvektori suund jääb muutumatuks, nimetatakse tavaliselt lineaarselt polariseeritud. Polarisatsioon on vektori võnkumiste järjestamine. Näiteks on harmooniline laine. Valguse polariseerimiseks kasutatakse seadmeid, mida nimetatakse polarisaatoriteks, mille töö põhineb valguse peegeldus- ja murdumisprotsesside iseärasustel, aga ka kristallilises olekus aine optiliste omaduste anisotroopias. Polarisaatorit läbiva kiire valgusvektor võngub tasapinnal, mida nimetatakse polarisaatori tasapinnaks. Kui polariseeritud valgus läbib teist polarisaatorit, selgub, et edastatava kiire intensiivsus muutub koos polarisaatori pöörlemisega. Valgus läbib seadet neeldumata, kui selle polarisatsioon langeb kokku teise polarisaatori tasandiga ja on kristalli 90 kraadi pööramisel täielikult blokeeritud, kui polariseeritud valguse võnketasand on risti teise polarisaatori tasandiga. polarisaator.

Valguse polarisatsioon on leidnud laialdast rakendust erinevates teadusuuringute ja tehnoloogia harudes. seda kasutatakse mikroskoopilistes uuringutes, helisalvestusel, optilisel lokatsioonil, kiirel filmimisel ja fotograafias, toiduainetööstuses (sahharimeetria) jne.

Dispersioon- laine levimiskiiruse sõltuvus nende sagedusest (lainepikkusest). Kui elektromagnetlained levivad keskkonnas, tekivad

Dispersiooni määravad selle keskkonna füüsikalised omadused, milles lained levivad. Näiteks vaakumis levivad elektromagnetlained hajutatult, samas kui reaalses keskkonnas, isegi nii haruldases keskkonnas nagu Maa ionosfäär, tekib dispersioon. Heli- ja ultrahelilained tuvastavad ka hajumise. Kui nad levivad keskkonnas, levivad erineva sagedusega harmoonilised lained, milleks signaal tuleks lagundada, erineva kiirusega, mis põhjustab signaali kuju moonutamist. Valguse hajumine - aine murdumisnäitaja sõltuvus valguse sagedusest (lainepikkusest). Kui valguse kiirus muutub sageduse (lainepikkuse) alusel, muutub murdumisnäitaja. Dispersiooni tulemusena laguneb paljudest erineva sagedusega lainetest koosnev valge valgus läbipaistva kolmikprisma läbimisel ja moodustab pideva (pideva) spektri.
Majutatud aadressil ref.rf
Selle spektri uurimine viis I. Newtoni (1672) valguse hajumise avastamiseni. Ainete puhul, mis on antud spektripiirkonnas läbipaistvad, suureneb murdumisnäitaja sageduse suurenemisega (lainepikkuse vähenemisega), mis vastab värvide jaotusele spektris. Suurim murdumisnäitaja on violetsel valgusel (=0,38 µm), madalaim punasel (=0,76 µm). Sarnast nähtust täheldatakse looduses päikesevalguse levimisel atmosfääris ja selle murdumisel vee (suvel) ja jää (talvel) osakestes. See loob vikerkaare või päikesehalo.

Doppleri efekt. Doppleri efekt on vaatleja (vastuvõtja) poolt tajutava sageduse või lainepikkuse muutus, mis on tingitud laineallika ja vaatleja liikumisest üksteise suhtes. Laine kiirus u on määratud meediumi omadustega ja ei muutu allika või vaatleja liikumisel. Kui vaatleja või laineallikas liigub keskkonna suhtes kiirusega, siis sagedus v vastuvõetud lained muutuvad erinevaks. Sel juhul, nagu on kindlaks teinud K. Doppler (1803 - 1853), kui vaatleja läheneb allikale, siis lainete sagedus suureneb ja eemaldamisel väheneb. See vastab lainepikkuse vähenemisele λ kui allikas ja vaatleja lähenevad üksteisele ja suurenevad λ kui need on vastastikku eemaldatud. Helilainete puhul väljendub Doppleri efekt heli kõrguse tõusuna, kui heliallikas ja vaatleja lähenevad üksteisele (1. sek vaatleja tajub suuremat hulka laineid) ja vastavalt nende eemaldamisel ka helitooni langemises. Doppleri efekt põhjustab ka ʼʼpunanihkeʼʼ, nagu eespool kirjeldatud. - liikuvast allikast lähtuva elektromagnetkiirguse sageduste alandamine. See nimi tuleneb sellest, et spektri nähtavas osas nihkuvad Doppleri efekti tulemusena jooned punasesse otsa; ʼʼpunanihetʼʼ täheldatakse ka mis tahes muude sageduste kiirguses, näiteks raadiosagedusalas. Sageduste suurenemisega seotud vastupidist efekti nimetatakse tavaliselt siniseks (või violetseks) nihkeks. Astrofüüsikas käsitletakse kahte ʼʼpunanihetʼʼ – kosmoloogilist ja gravitatsioonilist. Kosmoloogilist (metagalaktilist) nimetatakse ʼʼpunaseks nihkeksʼʼ, mida täheldatakse kõigi kaugete allikate (galaktikad, kvasarid) puhul – kiirgussageduste vähenemine, mis näitab nende allikate eemaldamist üksteisest ja eriti meie galaktikast, st mittestatsionaarsest (paisumisest). ) metagalaktikad. ʼʼPunanihkeʼʼ galaktikate jaoks avastas Ameerika astronoom W. Slifer aastatel 1912–1914; 1929. aastal avastas E. Hubble, et kaugete galaktikate puhul on see suurem kui läheduses asuvate galaktikate puhul ja suureneb ligikaudu proportsionaalselt kaugusega. See võimaldas paljastada galaktikate vastastikuse eemaldamise (taganemise) seaduse. Hubble'i seadus on antud juhul kirjutatud kujul

u = HR; (3.14)

(u on galaktika taandumise kiirus, r- kaugus sellest, H - Hubble'i konstant). Määrates ʼʼʼʼʼʼʼ väärtusega galaktika eemaldamise määra, saate arvutada selle kauguse. Ekstragalaktiliste objektide kauguste määramiseks selle valemi abil peate teadma Hubble'i konstandi arvväärtust N. Selle konstandi tundmine on väga oluline ka kosmoloogia jaoks: sellega on seotud Universumi "vanuse" määratlus. 1970. aastate alguses peeti Hubble'i konstantiks H =(3 – 5)*10 –18 s –1 , vastastikune T = 1/H = 18 miljardit aastat. Gravitatsiooniline ʼʼpunaniheʼʼ on ajatempo aeglustumise tagajärg ja on tingitud gravitatsiooniväljast (üldrelatiivsusteooria mõju). Seda nähtust nimetatakse ka Einsteini efektiks või üldistatud Doppleri efektiks. Seda on täheldatud alates 1919. aastast, esmalt Päikese kiirguses ja seejärel mõnes teises tähes. Paljudel juhtudel (näiteks gravitatsioonilise kollapsi ajal) tuleks täheldada mõlemat tüüpi "punanihet".

Vallaeelarveline õppeasutus - keskharidus

A.I.Herzeni nimeline keskkool nr 2, Klintsy, Brjanski oblast

Õppetund teemal

Ettevalmistatud ja majutatud:

Füüsika õpetaja

Prokhorenko Anna

Aleksandrovna

Klintsy, 2013

Sisu:

Õppetund teemal “Laine fenomen. Mehaaniliste lainete levik. Lainepikkus. Laine kiirus. »

Tunni eesmärk: tutvustada laine, lainepikkuse ja kiiruse mõisteid, laine levimise tingimust, lainete liike, õpetada õpilasi rakendama valemeid laine pikkuse ja kiiruse leidmiseks; uurida põik- ja pikilainete leviku põhjuseid;

Metoodilised ülesanded:

Hariduslik : õpilaste tutvustamine mõiste "laine, lainepikkus, lainekiirus" päritoluga; näidata õpilastele laine levimise nähtust ja ka katsete abil tõestada kahte tüüpi lainete levimist: põiki ja pikisuunalist.

Hariduslik : edendada kõne, mõtlemise, kognitiivsete ja üldiste tööoskuste arengut; edendada teadusliku uurimistöö meetodite valdamist: analüüs ja süntees.

Hariduslik :

Tunni tüüp: uue materjali õppimine.

Meetodid: verbaalne, visuaalne, praktiline.

Varustus: arvuti, esitlus.

Demod:

Rist- ja pikisuunalised lained.

Rist- ja pikisuunaliste lainete levik.

Tunniplaan:

Tunni alguse korraldus.

motivatsiooni etapp. Eesmärkide seadmine, tunni eesmärgid.

Uue materjali õppimine

Uute teadmiste kinnistamine.

Õppetunni kokkuvõte.

TUNNIDE AJAL

1. Organisatsiooniline etapp

2. motivatsiooni etapp. Eesmärkide seadmine, tunni eesmärgid.

Mida sa nendes videotes nägid? (Lained)

Mis tüüpi laineid nägite?

Püüame teie vastuste põhjal seada teiega tänaseks tunniks eesmärgid, selleks tuletagem meelde, milline on kontseptsiooni, antud juhul laine mõiste, uurimise plaan? (Mis on laine, st määratlus, lainete tüübid, lainete omadused)

Tänases tunnis aitan teid laine, laine pikkuse ja kiiruse, laine levimise tingimuse, lainete tüüpide mõistetega, õpetan õpilasi rakendama valemeid laine pikkuse ja kiiruse leidmiseks; uurida põik- ja pikilainete leviku põhjuseid;Koos kujundada kohusetundlik suhtumine kasvatustöösse, positiivne õpimotivatsioon, suhtlemisoskus; aidata kaasa inimlikkuse, distsipliini ja esteetilise maailmataju kasvatamisele.

1. Uue materjali õppimine

Nüüd peate vastavalt plaanile, mis kuvatakse ekraanil ja teie töölaudadel olevatel paberilehtedel, ning pärast punktide 42 ja 43 lugemist leidma vajalikku teavet ja kirjutama see üles.

Plaan:

Laine kontseptsioon

Laine tekkimise tingimused

Laineallikas

Mida on vaja laine tekkeks

Lainete tüübid (määratlused)

Laine - aja jooksul ruumis levivad vibratsioonid. Lained tekivad peamiselt elastsusjõudude mõjul.

Laine omadused:

Mehaanilised lained võivad levida ainult mingis keskkonnas (aines): gaasis, vedelikus, tahkes aines.

Mehaaniline laine ei saa tekkida vaakumis.

Lainete allikas on võnkuvad kehad, mis tekitavad ümbritsevas ruumis keskkonna deformatsiooni. (riis)

Mehaanilise laine ilmnemiseks on vaja:

1. Elastse keskkonna olemasolu

2 . Vibratsiooniallika olemasolu - keskkonna deformatsioon

Lainete tüübid:

Ristsuunaline – mille puhul esinevad võnkumised laine liikumise suunaga risti. Esinevad ainult tahketes kehades.

Pikisuunaline- milles toimuvad võnkumised laine levimise suunas.Esineb mis tahes keskkonnas (vedelikud, gaasid, tahked ained).

Käsitleme varasemaid teadmisi koondavat tabelit. (Vaata esitlust)

Me järeldame: mehaaniline laine:

vibratsiooni levimise protsess elastses keskkonnas;

sel juhul kandub energia osakeselt osakesele;

aine ülekandmist ei toimu;

Mehaanilise laine loomiseks on vaja elastset keskkonda: vedelikku, tahket või gaasilist.

Ja nüüd kaalume ja kirjutame üles lainete peamised omadused.

Millised suurused iseloomustavad lainet

Iga laine levib teatud kiirusega. Kiiruse allvlained mõistavad häire levimiskiirust. Laine kiiruse määravad keskkonna omadused, milles see laine levib. Kui laine liigub ühest keskkonnast teise, muutub selle kiirus.

Lainepikkus λ on kaugus, mille üle laine levib aja jooksul, mis on võrdne selles esinevate võnkumiste perioodiga.

Peamised omadused: λ=v* T, λ - lainepikkus m,von levimiskiirus m/s, T on laineperiood c.

4. Uute teadmiste kinnistamine.

Mis on laine?

Lainetingimused?

Milliseid laineid te teate?

Kas ristlaine võib vees levida?

Mida nimetatakse lainepikkuseks?

Mis on laine levimise kiirus?

Kuidas seostada kiirust ja lainepikkust?

Vaatleme kahte tüüpi ja määrame kindlaks, kus on laine?

Probleeme lahendama:

Määrake lainepikkus sagedusel 200 Hz, kui laine levimiskiirus on 340 m/s. (68000 m = 68 km)

Järve veepinnal levib laine kiirusega 6 m/s. Veepinnal hõljub puu leht. Määrake lehe võnkesagedus ja periood, kui lainepikkus on 3 m (0,5 m, 2 s -1 )

Lainepikkus on 2 m ja selle levimiskiirus 400 m/s. Määrake, mitu täielikku võnkumist see laine teeb 0,1 sekundi jooksul (20)

Peame seda huvitavaks : Vedeliku pinnal olevad lained ei ole piki- ega põikisuunalised. Kui visata väike pall veepinnale, on näha, et see liigub lainetel õõtsudes mööda ringikujulist rada. Seega on laine vedeliku pinnal veeosakeste piki- ja põikisuunalise liikumise liitmise tulemus.

5. Õppetunni kokkuvõtte tegemine.

Niisiis, teeme kokkuvõtte.

Milliste sõnadega kirjeldaksid tundi pärast tundi?

Teadmised on teadmised ainult siis, kui need on omandatud mõtte, mitte mälu kaudu;

Oi kui väsinud ma sellest askeldamisest olen.....

Sa mõistsid õpingute, õnne, seaduse ja saladuse õndsust

Teema "Mehaanilised lained" õppimine polegi nii lihtne!!!

6 . Teave kodutööde kohta.

Ajastada küsimustele vastamine, kasutades §§42-44

Hea on teada valemeid ja definitsioone teemal "Lained"

Valikuline: tehke ristsõna teemal "Mehaanilised lained"

Ülesanded:

Kalamees märkas, et 10 sekundi jooksul tegi ujuk lainetel 20 võnkumist ning külgnevate lainekühmude vaheline kaugus oli 1,2 m Kui suur on laine levimise kiirus?(T=n/t; T=10/5=2c; λ=υ*ν; ν=1/T; λ=υ/T; υ=λ*T*υ=1*2=2 (m/s) ))

Laine pikkus on 5 m ja sagedus 3 Hz. Määrake laine kiirus (1,6 m/s)

Introspektsioon

Tund toimus 11. klassis teemal “laine nähtus. Mehaaniliste lainete levik. Lainepikkus. Laine kiirus.See on kolmeteistkümnes tund füüsika rubriigis "Mehaanilised vibratsioonid ja lained". Tunni tüüp: uue materjali õppimine.

Tunnis võeti arvesse kolmikdidaktilist eesmärki: hariv, arendav, kasvatus. Seadsin kasvatuslikuks eesmärgiks tutvustada õpilasi mõiste "laine, lainepikkus, lainekiirus" päritoluga; Näidake õpilastele laine levimise nähtust ja tõestage katsete abil ka kahte tüüpi lainete olemasolu: rist- ja pikisuunalised. Arendava eesmärgina seadsin õpilastes selgete ettekujutuste kujundamise laine levimise tingimuste kohta; loogilise ja teoreetilise mõtlemise, kujutlusvõime, mälu arendamine probleemide lahendamisel ja ZUN-ide kinnistamisel. Hariduslikuks eesmärgiks olen seadnud: kujundada kohusetundlik suhtumine kasvatustöösse, positiivne õpimotivatsioon, suhtlemisoskus; aidata kaasa inimlikkuse, distsipliini ja esteetilise maailmataju kasvatamisele.

Tunni jooksul tegime läbi järgmised sammud:

Organisatsiooniline etapp

Motivatsioon ja eesmärkide seadmine, tunni eesmärgid. Selles etapis määrasime vaadatud videoklipi põhjal tunni eesmärgid ja eesmärgid ning viisime läbi motivatsiooni. Kasutamine: verbaalne meetod vestluse vormis, visuaalne meetod videoklipi vaatamise näol.

Uue materjali õppimine

Selles etapis pakkusin uue materjali selgitamisel loogilist seost: järjepidevus, juurdepääsetavus, arusaadavus. Tunni peamised meetodid olid: verbaalne (vestlus), visuaalne (demonstratsioonid, arvutimodelleerimine). Töö vorm: individuaalne.

Uue materjali kinnitamine

Õpilaste ZUN-ide parandamisel kasutasin interaktiivseid ülesandeid multimeedia juhendist rubriigis "Mehaanilised lained", lahendades ülesandeid tahvli juures koos selgitusega. Tunni peamised meetodid olid: praktiline (probleemide lahendamine), verbaalne (küsimuste rääkimine)

Kokkuvõtteid tehes.

Selles etapis kasutasin verbaalset meetodit vestluse vormis, poisid vastasid esitatud küsimustele.

Peegeldus tehtud. Saime teada, kas tunni alguses püstitatud eesmärgid said täidetud, mis oli nende jaoks selles tunnis raske. Ülesannete eest said hinded kaks õpilast ja vastuste eest mitu õpilast.

Teave kodutööde kohta.

Selles etapis paluti õpilastel kirjutada paberile oma kodutöö vastusena küsimusele vastavalt kavale ja paar ülesannet. Ja soovi korral koostage ristsõna.

Usun, et tunni kolmik didaktiline eesmärk on täidetud.

Lainete füüsikaline olemus Mehaaniline
elastne
Pinnal
vedelikud
elektromagnetiline
valgus
röntgen
Heli
raadiolained
seismiline

Mehaaniline laine on aineosakeste võnkumine, mis levivad ruumis.

Meediumi punkte, milles ühes faasis võnkuvad lained levivad, nimetatakse lainepindadeks.

Mehaanilise laine ilmnemiseks on vaja kahte tingimust:

Keskkonna olemasolu.
Vibratsiooniallika olemasolu.

Võrreldes laine levimise suunda ja keskkonna punktide võnkesuunda, on võimalik eristada piki- ja põiklaineid.

Laineid, mille puhul ergastatud keskkonna punktide võnkesuund on paralleelne laine levimise suunaga, nimetatakse pikisuunalisteks.

Laineid, mille puhul ergastatud keskkonna punktide võnkesuund on laine levimise suunaga risti, nimetatakse põiksuunalisteks.

Lained mis suunas
ergastatud keskkonna punktide kõikumised
suunaga risti
laine levimist nimetatakse
põiki.

Vedeliku pinnal olevad lained ei ole piki- ega põikisuunalised. Seega laine vedeliku pinnal on

Lained peal
pinnad
vedelikud ei ole
pole kumbagi
pikisuunaline, ei
põiki. Niisiis
viis, lehvita edasi
pinnad
vedelikud
esindab
superpositsioon
pikisuunaline ja
põiki
molekulaarsed liikumised.

Ringlained vedeliku pinnal

Lainete vaatlemine vedeliku pinnal
võimaldab teil paljusid uurida ja visualiseerida
erinevat tüüpi lainetele ühised lainenähtused:
interferents, difraktsioon, lainete peegeldus jne.

Mehaaniliste lainete omadused

Kõik liideseni jõudvad lained
kahe meedia kogemuse peegeldus

Kui laine liigub ühest keskkonnast teise, langedes kahe meediumi vahelisele liidesele nullist erineva nurga all, kogeb see

Kui laine läheb ühest keskkonnast edasi
teine, mis langeb kahe meediumi vahelisele liidesele
nullist erineva nurga all,
siis ta kogeb murdumist

Laine võib liikuda ümber takistuste, mille mõõtmed on proportsionaalsed selle pikkusega. Takistuste ümber painduvate lainete nähtust nimetatakse difraktsiooniks.

Sama sagedusega ja konstantse faaside erinevusega võnkuvaid laineallikaid nimetatakse koherentseteks. Nagu iga laine, mille moodustab

Samaga võnkuvad laineallikad
sagedus ja konstantne faaside erinevus
nimetatakse koherentseks.
Nagu kõik lained, mille moodustavad koherentne
allikad võivad kattuda ja
superpositsiooni tulemusena tekib
laine interferents.

Heli on elastsed lained, mis levivad gaasides, vedelikes, tahketes ainetes ja mida tajuvad inimese ja looma kõrvad. mehaanilised lained

Heli on elastsed lained
levib gaasides, vedelikes,
tahked kehad ja kõrvaga tajutavad
inimene ja loomad.
Mehaanilised lained, mis põhjustavad
heliaistingut nimetatakse heliks
lained.

helilained
esindama
pikisuunalised lained,
mis toimub
kondensatsioonide vaheldumine ja
heitmed.

Heli kuulmiseks vajate:

heliallikas;
elastne keskkond selle ja kõrva vahel
teatud vibratsiooni sageduste vahemik
heliallikas - vahemikus 16 Hz kuni 20000 Hz;
piisav kõrva tajumiseks
helilaine võimsus.

Elastses keskkonnas tekkivad mehaanilised lained, milles keskkonna osakesed võnguvad helivahemiku sagedustest madalamate sagedustega

Tekitatud mehaanilised lained
elastses keskkonnas, milles
söötme osakesed võnguvad koos
sagedustest madalamad sagedused
helivahemikku nimetatakse
infraheli lained.

Elastses keskkonnas tekkivad mehaanilised lained, milles keskkonna osakesed võnguvad helivahemiku sagedustest suuremate sagedustega

mehaanilised lained,
esile kerkimas
elastne meedia,
millised osakesed
keskkonnad kõikuvad
sagedused, suured
kui heli sagedus
vahemikku nimetatakse
ultraheli
lained.

>> Lainenähtused

§ 42 LAINENÄHTUSED

Igaüks meist on täheldanud, kuidas lained hajuvad tiigi või järve rahulikule pinnale visatud kivilt ringidena (joonis 6.1). Paljud vaatasid, kuidas merelained kaldale löövad. Kõik lugesid lugusid merereisidest, merelainete koletu jõust, kergesti kiigutavatest suurtest laevadest. Neid nähtusi jälgides ei tea aga kõik, et veepritsmete heli jõuab meie kõrva lainetena õhus, mida me hingame, et valgus, millega me ümbritsevat visuaalselt tajume, on samuti laineline liikumine.

Laineprotsessid on looduses äärmiselt laialt levinud. Lainete liikumist põhjustavad erinevad füüsilised põhjused. Kuid nagu võnkumisi, kirjeldatakse kõiki lainete liike kvantitatiivselt samade või peaaegu samade seadustega. Paljud raskesti mõistetavad küsimused saavad selgemaks erinevate lainenähtuste võrdlemisel.

Mida nimetatakse laineks? Miks lained tekivad? Mis tahes keha eraldi osakesed - tahked, vedelad või gaasilised - interakteeruvad üksteisega. Seega, kui mõni kehaosake hakkab tegema võnkuvaid liikumisi, siis osakeste omavahelise vastasmõju tulemusena hakkab see liikumine teatud kiirusega levima igas suunas.

Laine on võnkumine, mis levib aja jooksul läbi ruumi.

Õhus, tahkestes ja vedelikes tekivad elastsusjõudude toimel mehaanilised lained. Need jõud loovad ühenduse keha üksikute osade vahel. Lainete teket veepinnal põhjustavad gravitatsioon ja pindpinevus.

Laine liikumise põhijooned on kõige selgemini näha, kui arvestada laineid veepinnal. Need võivad olla näiteks lained, mis on ümarad ettepoole jooksvad võllid. Võllide ehk harjade vahelised kaugused on ligikaudu samad. Kui aga veepinnal, mida mööda laine jookseb, asub kerge objekt, näiteks puu leht, siis laine seda edasi ei kanna, vaid hakkab üles-alla võnkuma, jäädes alles. peaaegu ühes kohas.

Laine ergastamisel toimub võnkumiste levimise protsess, kuid mitte aine ülekandmine. Mõnes kohas, näiteks visatud kivist, tekkinud veevõnked kanduvad edasi naaberaladele ja levivad järk-järgult igas suunas, kaasates võnkuvatesse liikumistesse üha rohkem keskkonna osakesi. Veevoolu ei teki, liiguvad ainult selle pinna kohalikud vormid.

Laine kiirus. Laine kõige olulisem omadus on selle levimise kiirus. Mis tahes laadi lained ei levi kosmoses silmapilkselt. Nende kiirus on piiratud. Võib ette kujutada näiteks, et kajakas lendab üle mere ja nii, et satub alati sama laineharja kohale. Laine kiirus on sel juhul võrdne kajaka kiirusega. Veepinnal olevad lained on vaatlemiseks mugavad, kuna nende levimiskiirus on suhteliselt väike.

Rist- ja pikisuunalised lained. Samuti on lihtne jälgida kumminööri mööda levivaid laineid. Kui nööri üks ots on fikseeritud ja nööri käega kergelt tõmmates viia selle teine ​​ots võnkuvasse liikumisse, siis jookseb mööda nööri laine (joonis 6.2).

Laine kiirus on seda suurem, mida tugevamaks juhe tõmmatakse. Laine jõuab punktini, kus juhe on fikseeritud, peegeldub ja jookseb tagasi. Selles katses muutub laine levimisel nööri kuju. Iga nööri osa võngub oma muutumatu tasakaaluasendi ümber.

Pöörakem tähelepanu sellele, et laine levimisel mööda nööri toimuvad võnked laine levimise suunaga risti olevas suunas. Selliseid laineid nimetatakse põiklaineteks (joon. 6.3). Ristlaines toimuvad keskkonna üksikute lõikude nihked laine levimise suunaga risti olevas suunas. Sel juhul tekib elastne deformatsioon, mida nimetatakse nihkedeformatsiooniks. Eraldi ainekihid on üksteise suhtes nihkunud. Kui tahkes kehas toimub nihkedeformatsioon, kipuvad elastsed jõud keha algsesse olekusse tagasi viima. Just elastsusjõud põhjustavad keskkonna osakeste võnkumisi 1 .

Kihtide nihkumine gaasides ja vedelikes üksteise suhtes ei too kaasa elastsusjõudude ilmnemist. Seetõttu ei saa gaasides ja vedelikes eksisteerida põiklaineid. Ristlained tekivad tahkistes.

Kuid keskkonna osakeste võnkumine võib toimuda ka laine levimise suunas (joonis 6.4). Sellist lainet nimetatakse pikisuunaliseks. Pikilainet on mugav jälgida suure läbimõõduga pikal pehmel vedrul. Peopesaga ühte vedru otsast lüües (joonis 6.5, a) näete, kuidas kokkusurumine (elastne impulss) jookseb vedru mööda. Järjestikuste löökide jada abil on võimalik vedrul ergutada lainet, mis kujutab endast vedru järjestikust kokkusurumist ja pikenemist, mis jookseb üksteise järel (joon. 6.5, b).

Seega toimub pikisuunalises laines survedeformatsioon. Selle deformatsiooniga seotud elastsusjõud tekivad nii tahketes ainetes kui ka vedelikes ja gaasides.

1 Kui me räägime keskkonna osakeste võnkumisest, siis peame silmas keskkonna väikeste ruumalade võnkumisi, mitte molekulide võnkumisi.

Need jõud põhjustavad söötme üksikute osade võnkumisi. Seetõttu võivad pikisuunalised lained levida kõigis elastsetes keskkondades. Tahketes kehades on pikisuunaliste lainete kiirus suurem kui põiklainete kiirus.

Seda võetakse arvesse maavärina allika ja seismilise jaama kauguse määramisel. Esiteks registreeritakse jaamas pikisuunaline laine, kuna selle kiirus maakoores on suurem kui põiklainel. Mõne aja pärast registreeritakse põiklaine, mis ergastub maavärina ajal samaaegselt pikisuunalisega. Teades piki- ja põiklainete kiirusi maakoores ning põiklaine viiteaega, on võimalik määrata kaugus maavärina allikani.

Laineenergia. Kui mehaaniline laine levib, kandub liikumine keskkonna ühelt osakeselt teisele. Liikumise ülekandmisega on seotud energia ülekandmine. Kõigi lainete põhiomadus, olenemata nende olemusest, on energia ülekandmine ilma terviku ülekandmiseta. Energia tuleb allikast, mis ergastab vibratsiooni nööri, nööri vms alguses ja levib koos lainega. Energia edastatakse läbi mis tahes ristlõike, näiteks juhtme. See energia koosneb keskkonna osakeste liikumise kineetilisest energiast ja nende elastse deformatsiooni potentsiaalsest energiast. Osakeste võnkumiste amplituudi järkjärguline vähenemine laine levimisel on seotud osa mehaanilise energia muundumisega siseenergiaks.

Laine on võnkumine, mis levib aja jooksul läbi ruumi. Laine kiirus on piiratud. Laine kannab üle energiat, kuid ei kanna edasi kandja ainet.

1. Milliseid laineid nimetatakse põik- ja milliseid pikisuunalisteks!
2. Kas ristlaine võib vees levida!

Myakishev G. Ya., füüsika. 11. klass: õpik. üldhariduse jaoks institutsioonid: põhi- ja profiil. tasemed / G. Ya. Myakishev, B. V. Bukhovtsev, V. M. Charugin; toim. V. I. Nikolajev, N. A. Parfenteva. - 17. väljaanne, muudetud. ja täiendavad - M.: Haridus, 2008. - 399 lk.: ill.

Füüsika planeerimine, füüsikateemalised materjalid 11. klass allalaadimine, õpikud võrgus

Tunni sisu tunni kokkuvõte tugiraam õppetund esitlus kiirendusmeetodid interaktiivsed tehnoloogiad Harjuta ülesanded ja harjutused enesekontrolli töötoad, koolitused, juhtumid, ülesanded kodutöö arutelu küsimused retoorilised küsimused õpilastelt Illustratsioonid heli, videoklipid ja multimeedium fotod, pildid, graafika, tabelid, huumoriskeemid, anekdoodid, naljad, koomiksid, tähendamissõnad, ütlused, ristsõnad, tsitaadid Lisandmoodulid kokkuvõtteid artiklid kiibid uudishimulikele petulehtedele õpikud põhi- ja lisaterminite sõnastik muu Õpikute ja tundide täiustaminevigade parandamine õpikusõpiku killu uuendamine innovatsiooni elementide tunnis vananenud teadmiste asendamine uutega Ainult õpetajatele täiuslikud õppetunnid kalenderplaan aastaks aruteluprogrammi metoodilised soovitused Integreeritud õppetunnid