Муніципальна бюджетна загальноосвітня установа – середня

Загальноосвітня школа №2 імені А.І.Герцена м. Клинці Брянської області

Урок на тему

Підготувала та провела:

Вчитель фізики

Прохоренко Ганна

Олександрівна

м. Клинці, 2013 рік

Зміст:

Урок на тему «Хвильове явище. Розповсюдження механічних хвиль. Довжина хвилі. Швидкість хвилі. »

Мета уроку: ввести поняття хвиля, довжина та швидкість хвилі, умова поширення хвилі, види хвиль, навчити учнів застосовувати формули для знаходження довжини та швидкості хвилі; вивчити причини поширення поперечних та поздовжніх хвиль;

Методичні завдання:

Освітні : ознайомлення учнів із походженням терміну «хвиля, довжина хвилі, швидкість хвилі»; показати учням явище поширення хвилі, і навіть довести з допомогою дослідів поширення двох типів хвиль: поперечних і поздовжніх.

Розвиваючі : сприяти розвитку мови, мислення, пізнавальних та загально трудових умінь; сприяти оволодінню методами наукового дослідження: аналізу та синтезу.

Виховні :

Тип уроку: Вивчення нового матеріалу.

Методи: словесні, наочні, практичні.

Обладнання: комп'ютер, презентації.

Демонстрації:

Поперечні та поздовжні хвилі.

Поширення поперечних та поздовжніх хвиль.

План заняття:

Організація початку уроку.

Мотиваційний етап. Постановка цілей, завдань уроку.

Вивчення нового матеріалу

Закріплення нових знань.

Підбиття підсумків уроку.

ХІД УРОКУ

1. Організаційний етап

2. Мотиваційний етап. Постановка цілей, завдань уроку.

Що ви спостерігали на цих відеофрагментах? (Хвилі)

Які види хвиль ви побачили?

На підставі ваших відповідей ми спробуємо з Вами поставити цілі для сьогоднішнього уроку, для цього давайте пригадаємо, який план вивчення поняття, в даному випадку поняття хвиля? (Що таке хвиля, тобто визначення, види хвиль, характеристики хвиль)

На сьогоднішньому уроці я Вам допоможу поняття хвиля, довжина та швидкість хвилі, умова поширення хвилі, види хвиль, навчити учнів застосовувати формули для знаходження довжини та швидкості хвилі; вивчити причини поширення поперечних та поздовжніх хвиль;з формувати сумлінне ставлення до навчальної праці, позитивної мотивації до навчання, комунікативних умінь; сприяти вихованню гуманності, дисциплінованості, естетичного сприйняття світу.

1. Вивчення нового матеріалу

Зараз Вам необхідно за планом, який представлений на екрані та на листочках у Вас на партах та прочитавши параграфи 42 та 43 знайти необхідну інформацію та виписати її.

План:

Поняття хвилі

Умови виникнення хвилі

Джерело хвиль

Що необхідне виникнення хвилі

Види хвиль (визначення)

Хвиля – коливання, які поширюються у просторі з часом. Хвилі виникають переважно завдяки силам пружності.

Особливості хвилі:

Механічні хвилі можуть поширюватися лише у якомусь середовищі (речовині): у газі, рідини, у твердому тілі.

У вакуумі механічна хвиля не може виникнути.

Джерелом хвиль є ті, що коливаються, які створюють в навколишньому просторі деформацію середовища. (Рис)

Для виникнення механічної хвилі необхідний:

1. Наявність пружного середовища

2 . Наявність джерела коливань – деформації середовища

Види хвилі:

Поперечні – у яких коливання відбуваються перпендикулярно до напрямку руху хвилі. Виникають лише у твердих тілах.

Поздовжні- у яких коливання відбуваються вздовж напряму поширення хвиль.Виникають у будь-якому середовищі (рідини, газах, у твердих тілах).

Розглядаємо таблицю, що узагальнює попередні знання. (Дивимося на презентацію)

Робимо висновок: механічна хвиля:

процес поширення коливань у пружному середовищі;

при цьому відбувається перенесення енергії від частки до частки;

перенесення речовини немає;

для створення механічної хвилі необхідне пружне середовище: рідина, тверде тіло чи газ.

А тепер розглянемо та запишемо основні характеристики хвиль.

Які величини, що характеризують хвилю

Кожна хвиля поширюється з якоюсь швидкістю. Під швидкістюvхвилі розуміють швидкість розповсюдження обурення. Швидкість хвилі визначається властивостями середовища, в якому ця хвиля поширюється. При переході хвилі з одного середовища до іншого її швидкість змінюється.

Довжиною хвилі λ називається відстань, на яку поширюється хвиля за час, що дорівнює періоду коливань у ній.

Основні характеристики: λ=v* T, λ- довжина хвилі м,v- Швидкість поширення м / с, T - період хвилі с.

4. Закріплення нових знань.

Що таке хвиля?

Умови виникнення хвиль?

Які типи хвиль ви знаєте?

Чи може у воді поширюватись поперечна хвиля?

Що називається довжиною хвилі?

Що називається швидкістю розповсюдження хвилі?

Як пов'язати швидкість та довжину хвилі?

Розглядаємо 2 види та визначаємо де яка хвилі?

Розв'яжіть завдання:

Визначте довжину хвилі за частоти 200 Гц, якщо швидкість поширення хвиль дорівнює 340м/с. (68000 м = 68 км)

По поверхні води озері хвиля поширюється зі швидкістю 6 м/с. На поверхні води плаває листок дерева. Визначте частоту та період коливань листка, якщо довжина хвилі дорівнює 3м.(0,5 м, 2 с -1 )

Довжина хвилі дорівнює 2 м-коду, а швидкість її поширення 400 м/с. Визначте, скільки повних коливань здійснює ця хвиля за 0,1 с (20)

Розглядаємо це цікаво : Хвилі на поверхні рідини не є ні поздовжніми, ні поперечними. Якщо кинути на поверхню води невеликий м'яч, то можна побачити, що він рухається похитуючи на хвилях по круговій траєкторії. Таким чином, хвиля на поверхні рідини є результатом складання поздовжнього і поперечного руху частинок води.

5.Підведення підсумків уроку.

Отже, давайте підіб'ємо підсумки.

Якими словами описали б ви стан після уроку?

Знання тільки тоді знання, коли воно набуте зусиллями своєї думки, а не пам'яттю;

Ах, як я втомився від цієї суєти…..

Ти зрозумів блаженство занять, удачі, закон та секрет

Вивчати тему «Механічні хвилі» не так просто!

6 . Інформація про домашнє завдання.

Підготувати за планом відповіді на запитання за допомогою §§42-44

Добре знати формули та визначення на тему «Хвилі»

На вибір: скласти кросворд на тему «Механічні хвилі»

Завдання:

Рибалка помітив, що за 10 з поплавок здійснив на хвилях 20 коливань, а відстань між сусідніми горбами хвиль 1,2 м. Яка швидкість поширення хвиль?(T=n/t; T=10/5=2c; λ=υ*ν; ν=1/Т; λ=υ/T; υ=λ*T*υ=1*2=2(м/с ))

Довжина воли 5 м, та її частота 3 Гц. Визначте швидкість хвилі. (1,6 м/с)

Самоаналіз

Урок проводився в 11 класі на тему «Хвильове явище. Розповсюдження механічних хвиль. Довжина хвилі. Швидкість хвилі.Є тринадцятим уроком у розділі фізики «Механічні коливання та хвилі.» Тип уроку: Вивчення нового матеріалу.

На уроці враховувалася триєдина дидактична мета: освітня, розвиваюча, виховна. Освітньою метою поставила ознайомлення учнів з походженням терміну «хвиля, довжина хвилі, швидкість хвилі»; показати учням явище поширення хвилі, а також довести за допомогою дослідів існування двох типів хвиль: поперечних та поздовжніх. Розвиваючою метою поставила формування в учнів чіткі уявлення про умови поширення хвилі; розвиток логічного та теоретичного мислення, уяви, пам'яті при вирішенні завдань та закріпленні ЗУНів. Виховною метою я поставила: формувати сумлінне ставлення до навчальної праці, позитивної мотивації до навчання, комунікативних умінь; сприяти вихованню гуманності, дисциплінованості, естетичного сприйняття світу.

Під час уроку ми пройшли такі етапи:

Організаційний етап

Мотиваційний та постановка цілей, завдань уроку. На даному етапі на основі переглянутого відеофрагменту ми визначили цілі та завдання на урок та провели мотивацію. Використовуючи: словесний метод як бесіди, наочний метод як перегляду відеофрагмента.

Вивчення нового матеріалу

На цьому етапі я передбачала логічний зв'язок при поясненні нового матеріалу: логічність, доступність, зрозумілість. Основними методами уроку були: словесні (розмова), наочні (демонстрації, комп'ютерне моделювання). Форма роботи: індивідуальна.

Закріплення нового матеріалу

При закріпленні ЗУН учнів я використовувала інтерактивні завдання з мультимедійного посібника розділ «Механічні хвилі», вирішення завдань біля дошки з поясненням. Основними методами уроку були: практичні (вирішення завдань), словесні (розмова з питань)

Підведення підсумків.

На даному етапі використовувала словесний метод у вигляді бесіди, хлопці відповідали на поставлені питання.

Проведено рефлексію. Ми з'ясували, чи були досягнуті поставлені на початку уроці цілі, що для них було складно на цьому уроці. Двом учням було поставлено оцінки за завдання та кільком учням оцінки за відповіді.

Інформація про домашнє завдання.

На даному етапі, учням було запропоновано записати домашнє завдання у вигляді відповіді на питання щодо плану та пару завдань на листку. І на вибір скласти кросворд.

Я вважаю, що триєдину дидактичну мету на уроці досягнуто.

24-25.Хвильові явища. Розповсюдження механічних хвиль. Довжина хвилі. Швидкість розповсюдження хвилі. Розв'язання задач.

вчитель фізики

Роздольненської ЗОШ І - ІІІ ступенів

управління освіти адміністрації Старобешівського району

Ми переходимо до вивчення питань, пов'язаних із хвилями. Поговоримо про те, що таке хвиля, як вона виникає і чим характеризується. Виявляється, крім просто коливального процесу у вузькій області простору, можливе ще й поширення цих коливань у середовищі, саме таке поширення є хвильовий рух.

Перейдемо до обговорення цього розповсюдження. Щоб обговорити можливість існування коливань у середовищі, ми маємо визначитися з тим, що таке щільне середовище. Щільним середовищем називають таке середовище, що складається з великої кількості частинок, взаємодія яких дуже близька до пружного. Уявімо наступний уявний експеримент.

Рис. 1. Думковий експеримент

Помістимо в пружне середовище кулю. Куля стискатиметься, зменшуватиметься в розмірах, а потім розширюватиметься на кшталт биття серця. Що в цьому випадку спостерігатиметься? І тут частки, які прилягають впритул до цієї кулі, повторюватимуть його рух, тобто. віддалятися, наближатися - тим самим будуть вагатися. Оскільки ці частинки взаємодіють з іншими більш віддаленими від кулі частинками, вони також будуть коливати, але з деяким запізненням. Частинки, які до цієї кулі прилягають впритул, роблять коливання. Вони будуть передаватися іншим часткам, більш далеким. Таким чином, коливання поширюватиметься в усіх напрямках. Зверніть увагу, що в даному випадку відбудеться поширення стану коливань. Таке поширення стану коливань ми називаємо хвилею. Можна сказати що

Процес поширення коливань в пружному середовищі з часом називається механічною хвилею.

Зверніть увагу: коли ми говоримо про процес виникнення таких коливань, треба говорити про те, що вони можливі лише якщо існує взаємодія між частинками. Іншими словами, хвиля може існувати тільки тоді, коли є зовнішня сила, що обурює, і сили, які протистоять дії сили обурення. У разі це сили пружності.

Механічні хвилі можуть поширюватися в пружному середовищі .

Пружністю називається середовище, що складається з великої кількості частинок, що взаємодіють між собою силами пружності.

Процес поширення у разі буде пов'язані з тим, яка щільність і сила взаємодії між частками цього середовища.

Зазначимо ще одну річ.

Хвиля не переносить речовини . Адже частки роблять коливання біля положення рівноваги. Але водночас хвиля переносить енергію. Цей факт можна проілюструвати хвилями цунамі. Речовина не переноситься хвилею, але хвиля переносить таку енергію, яка завдає великих лих.

Поговоримо про типи хвиль. Існують два різновиди – хвилі поздовжні та поперечні. Що таке поздовжні хвилі? Ці хвилі можуть існувати у всіх середовищах. І приклад з пульсуючою кулею всередині щільного середовища – це якраз приклад утворення поздовжньої хвилі. Така хвиля є поширенням у просторі з часом. Ось це чергування ущільнення і розрядження і є поздовжньою хвилею. Ще раз повторюся, що така хвиля може існувати у всіх середовищах – рідких, твердих, газоподібних.

Поздовжньою називається хвиля, при поширенні якої частинки середовища здійснюють коливання вздовж напряму поширення хвилі.

Р іс. 2. Поздовжня хвиля

Щодо поперечної хвилі, то поперечна хвиляможе існувати лише у твердих тілах та на поверхні рідини.

Поперечною називається хвиля, при поширенні якої частинки середовища здійснюють коливання перпендикулярно до напряму поширення хвилі.

Рис. 3. Поперечна хвиля

Швидкість поширення поздовжніх та поперечних хвиль різна, але це вже тема наступних уроків.

Малюнок «Поздовжні та поперечні хвилі»

Довжина хвилі. Швидкість розповсюдження хвиль

Урок присвячений темі "Характеристики хвильового руху". Для початку пригадаємо, що механічна хвиля- це коливання, яке поширюється з плином часу в пружному середовищі. Якщо це коливання, хвилі будуть притаманні всі характеристики, які відповідають коливанню: амплітуда, період коливання та частота. Крім того, у хвилі з'являються свої особливі характеристики. Однією з таких характеристик є довжина хвилі. Позначається довжина хвилі грецькою літерою l (лямбда, або кажуть "ламбда") та вимірюється в метрах.

А - амплітуда [м]

Т - період [с]

ν – частота [Гц]

l – довжина хвилі [м]

Що таке довжина хвилі?

Довжина хвилі – це найменша відстань між частинками, що здійснюють коливання з однаковою фазою.

Рис. 1. Довжина хвилі, амплітуда хвилі

Говорити про довжину хвилі у поздовжній хвилі складніше, бо там поспостерігати частки, які роблять однакові коливання, набагато важче. Але і там є характеристика – довжина хвиліяка визначає відстань між двома частинками, що здійснюють однакове коливання, коливання з однаковою фазою.

Наступна характеристика - це швидкість поширення хвилі (або просто швидкість хвилі). Швидкість хвиліпозначається, як і будь-яка інша швидкість, літерою V і вимірюється в м/с. Як наочно пояснити, що таке швидкість хвилі? Найпростіше це зробити на прикладі поперечної хвилі. Уявіть собі чайку, що летить над гребенем хвилі. Її швидкість польоту над гребенем і буде швидкістю хвилі.

Рис. 2. До визначення швидкості хвилі

Швидкість хвилізалежить від цього, яка щільність середовища, які сили взаємодії між частинками цього середовища. Запишемо зв'язок між швидкістю хвилі, довжиною хвилі та періодом хвилі: . Формула «Довжина хвилі»

Швидкість можна визначити як відношення довжини хвилі, відстань, пройдена хвилею за 1 період, до періоду коливання частинок середовища, в якому поширюється хвиля. Крім цього, згадаємо, що . Тоді маємо ще одне співвідношення для швидкості хвилі: V = lv.

Важливо зауважити, що

при переході хвилі з одного середовища до іншого змінюються її характеристики: швидкість руху хвиль, довжина хвилі. А от частота коливання залишається незмінною.

Хвилі в природі та техніці

Інтерактивне завдання

Перш ніж розпочати вирішення завдань, відповімо на запитання:

1. У чому полягає основна властивість усіх хвиль незалежно від їхньої природи?
2. Чому в газах та рідинах не можуть існувати поперечні хвилі?
3. Яке тіло може створювати у навколишньому середовищі звукову хвилю?

Розв'язати завдання застосування вищевивченого матеріалу:

При вирішенні завдань швидкість звуку повітря вважається заданою і дорівнює 330 м/с.
1. В океанах довжина хвилі сягає 300 м-коду, а період 13,5 с. Визначте швидкість розповсюдження такої хвилі.
2. Визначте довжину звукової хвилі за частоти 200 Гц.
3. Спостерігач почув звук артилерійського пострілу через 6 секунд після того, як побачив спалах. На якій відстані від нього було знаряддя?
4. Довжина звукових хвиль, випромінюваних скрипкою. може змінюватись від 23 мм до 1,3 м. Який діапазон частот скрипки?
5. Відстань до перешкоди, що відбиває звук, дорівнює 66 м. Через скільки часу людина почує відлуння?

Можна запропонувати ще ряд завдань і вирішити їх за допомогою планшета, наприклад, Р №№ 439-444.

Домашнє завдання:Параграфи 42-44, упр 6, стор 129.

Що ж називається хвилею? Чому виникають хвилі?
Окремі частинки будь-якого тіла – твердого, рідкого чи газоподібного – взаємодіють один з одним. Тому, якщо в будь-якій ділянці пружного середовища виникне деформація, то після припинення зовнішніх впливів вона не залишиться на місці, а почне поширюватися в середовищі в усіх напрямках.
Зміна стану середовища, що поширюється у просторі з часом, називається хвилею.
У повітрі, у твердих тілах та всередині рідин механічні хвилі виникають завдяки силам пружності (пружні хвилі). Ці сили здійснюють зв'язок між окремими частинами тіла. У освіті хвиль лежить на поверхні води грають роль сила тяжкості і сила поверхневого натягу (поверхневі хвилі).
Хвильовий імпульс та гармонічні хвилі
Хвилі можуть мати різну форму. Хвильовим імпульсом (або одиночною хвилею) називається порівняно коротке обурення (сплеск) довільної форми. Такий імпульс виникає, наприклад, у гумовому шнурі, прив'язаному до стінки, якщо змахнути один раз рукою, тримаючи-

щей протилежний кінець зростає- | шнура (рис. 4.2). | Якщо обурення середовища викликає-| ся періодичною зовнішньою силою, що змінюється з часом за гармонічним законом, то хвилі, що викликаються нею, називають гармонійними. І тут у кожній точці середовища відбуваються гармонійні коливання із частотою зовнішнього впливу. Ми переважно розглядатимемо гармонійні хвилі або хвилі, близькі до гармонійних. Це найпростіший вид хвильового руху. Дослідження гармонійних хвиль має першорядне значення при побудові теорії будь-якого хвильового руху.
Головна особливість хвильового руху

Наочне уявлення про основні особливості хвильового руху можна отримати, якщо розглядати хвилі на поверхні води. Хвилі мають вигляд круглих валів, що біжать вперед (рис. 4.3). Відстань між валами, або гребенями, приблизно однакові. Однак якщо кинути у воду легкий предмет, наприклад сірникову коробку, вона не захоплюватиметься вперед хвилею, а почне робити коливання вгору і вниз, залишаючись майже точно на одному місці.
При поширенні хвилі відбувається пересування форми (переміщення певного стану середовища, що коливається), але не перенесення речовини, в якому поширюється хвиля. Обурення води, що виникло в одному місці, наприклад від кинутого каменю, передаються сусіднім ділянкам і поступово поширюються на всі боки. Течії води не виникає: переміщається лише форма її поверхні.
Швидкість хвилі
Найважливішою характеристикою хвилі є швидкість її поширення. Хвилі будь-якої природи не поширюються у просторі миттєво. Їхня швидкість кінцева. Можна собі уявити, наприклад, що над морем летить чайка так, що вона весь час виявляється над одним і тим же гребенем хвилі. Швидкість хвилі в цьому випадку дорівнюватиме швидкості чайки. Хвилі лежить на поверхні води зручні спостереження з тієї причини, що їх поширення невелика.
Поперечні та поздовжні хвилі
Неважко ТЕ.КЖ6 спостерігати хвилі, що розповсюджуються вздовж гумового шнура. Якщо один кінець шнура закріпити і, трохи натягнувши шнур рукою, привести інший його кінець у коливальний рух, то по шнуру побіжить хвиля (рис. 4.4). Швидкість хвилі буде тим більшою, чим сильніше натягнутий шнур. Хвиля добіжить до точки закріплення, відіб'ється і побіжить назад. Тут за поширення хвилі відбуваються зміни форми шнура. Кожна ж ділянка шнура коливається щодо свого постійного положення рівноваги. Зверніть увагу на те, що при розповсюдженні хвилі вздовж шнура окремі його ділянки здійснюють коливання в напрямку, перпендикулярному напрямку 161
6 - 5654
Рис. 4.4
Напрям коливань
поширення хвилі

Напрям
Рис. 4.5 няння хвилі (рис. 4.5). Такі хвилі називаються поперечними.
Але не будь-яка хвиля є поперечною. Коливання можуть і уздовж напрями поширення хвилі (рис. 4.6). Тоді хвиля називається поздовжньою. Поздовжню хвилю зручно спостерігати за допомогою довгої м'якої пружини великого діаметра. Вдаривши долонею по одному з кінців пружини (рис. 4.7, а), можна помітити, як стиск (пружний імпульс) біжить по пружині. За допомогою серії послідовних ударів можна порушити в пружині хвилю, що є послідовними стисненням і розтягуванням пружини, що біжать один за одним (рис. 4.7,6). Коливання будь-якого витка пружини відбуваються у напрямі поширення хвилі.
З механічних хвиль найбільше значення мають звукові хвилі. Однак дослідження звукових хвиль є більш складним завданням, ніж дослідження волей уздовж шнура або пружини. Ми займемося ними детально надалі.
Енергія хвилі
При поширенні хвилі відбувається передача руху від однієї ділянки тіла до іншого. З передачею руху хвилею пов'язана передача енергії без перенесення речовини. Енергія надходить від джерела, що збуджує коливання початку шнура, струни тощо, і поширюється разом із хвилею. Ця енергія, наприклад, у шнурі складається з кінетичної напрямки.
Напрямок коливань поширення хвилі
Рис. 4.7
дшшшшр
б) енергії руху ділянок шнура та потенційної енергії його пружної деформації.
Енергія хвилі від кинутого у воду каменю збільшує кінетичну енергію поплавця на поверхні води, може збільшити і потенційну енергію тріски, що плаває біля берега.
При поширенні хвилі відбувається поступове зменшення амплітуди коливань через перетворення частини механічної енергії на внутрішню. Якщо цими втратами можна знехтувати, то через поперечний переріз, наприклад шнура, буде проходити в одиницю часу одну й ту саму кількість механічної енергії.
Електромагнітні хвилі
Механічні хвилі поширюються на речовині: газі, рідини чи твердому тілі. Існує, однак, ще один вид хвиль, які не потребують будь-якої речовини для свого поширення. Це електромагнітні хвилі, до яких, зокрема, відносяться радіохвилі та світло. Електромагнітне поле може існувати у вакуумі (в порожнечі), тобто в просторі, що не містить атомів. Незважаючи на всю незвичайність цих хвиль, на їхню різку відмінність від механічних хвиль, електромагнітні хвилі при своєму поширенні поводяться подібно до механічних. Зокрема, електромагнітні хвилі також поширюються з кінцевою швидкістю та несуть із собою енергію. Це найважливіші властивості всіх видів хвиль.

Основні закони Динаміки. Закони Ньютона – перший, другий, третій. Принцип відносності Галілея. Закон всесвітнього тяжіння. Сила тяжіння. Сили пружності. Вага. Сили тертя - спокою, ковзання, кочення + тертя у рідинах та газах.

Кінематіка. Основні поняття. Рівномірний прямолінійний рух. Рівноприскорений рух. Рівномірний рух по колу. Система відліку. Траєкторія, переміщення, шлях, рівняння руху, швидкість, прискорення, зв'язок лінійної та кутової швидкості.

Прості механізми. Важель (важіль першого роду та важіль другого роду). Блок (нерухомий блок та рухомий блок). Похила поверхня. Гідравлічний прес. Золоте правило механіки

Закони збереження у механіці. Механічна робота, потужність, енергія, закон збереження імпульсу, закон збереження енергії, рівновага твердих тіл

Рух по колу. Рівняння руху по колу. Кутова швидкість. Нормальне = доцентрове прискорення. Період, частота обігу (обертання). Зв'язок лінійної та кутової швидкості

Механічні коливання. Вільні та вимушені коливання. Гармонійні коливання. Пружні коливання. Математичний маятник. Перетворення енергії при гармонійних коливаннях

Механічні хвилі. Швидкість та довжина хвилі. Рівняння хвилі, що біжить. Хвильові явища (дифракція. інтерференція...)

Гідромеханіка та аеромеханіка. Тиск, гідростатичний тиск. Закон Паскаля. Основне рівняння гідростатики. Сполучені судини. Закон Архімеда. Умови плавання: тел. Течія рідини. Закон Бернуллі. Формула Торрічелі

Молекулярна фізика Основні становища МКТ. Основні поняття та формули. Властивості ідеального газу. Основне рівняння МКТ. Температура. Зрівняння стану ідеального газу. Рівняння Менделєєва-Клайперона. Газові закони - ізотерма, ізобара, ізохора

Хвильова оптика. Корпускулярно-хвильова теорія світла. Хвильові властивості світла. Дисперсія світла. Інтерференція світла. Принцип Ґюйгенса-Френеля. Дифракція світла. Поляризація світла

Термодинаміка. Внутрішня енергія. Робота. Кількість теплоти. Теплові явища. Перший закон термодинаміки. Застосування першого закону термодинаміки до різних процесів. Рівняння теплового балансу. Другий закон термодинаміки. Теплові двигуни

Електростатика. Основні поняття. Електричний заряд. Закон збереження електричного заряду. Закон Кулону. Принцип суперпозиції. Теорія близькодії. Потенціал електричного поля. Конденсатор.

Постійний електричний струм. Закон Ома для ділянки ланцюга. Робота та потужність постійного струму. Закон Джоуля-Ленца. Закон Ома для повного кола. Закон електролізу Фарадея. Електричні ланцюги - послідовне та паралельне з'єднання. Правила Кірхгофа.

Електромагнітні коливання. Вільні та вимушені електромагнітні коливання. Коливальний контур. Змінний електричний струм. Конденсатор у ланцюзі змінного струму. Котушка індуктивності ("соленоїд") в ланцюзі змінного струму.

Ви зараз тут:Електромагнітні хвилі. Концепція електромагнітної хвилі. Властивості електромагнітних хвиль. Хвильові явища

Магнітне поле. Вектор магнітної індукції. Правило свердла. Закон Ампера та сила Ампера. Сила Лоренца. Правило лівої руки. Електромагнітна індукція, магнітний потік, правило Ленца, закон електромагнітної індукції, самоіндукція, енергія магнітного поля

Квантова фізика. Гіпотеза Планка. Явище фотоефекту. Рівняння Ейнштейна. Фотони. Квантові постулати Бора.

Елементи теорії відносності. Постулати теорії відносності. Відносність одночасності, відстаней, проміжків часу. Релятивістський закон складання швидкостей. Залежність маси від швидкості. Основний закон релятивістської динаміки...

Похибки прямих і непрямих вимірів. Абсолютна, відносна похибка. Систематичні та випадкові похибки. Середнє квадратичне відхилення (помилка). Таблиця визначення похибок непрямих вимірів різних функций.

Дані явища притаманні хвилі будь-якої природи. Причому явища інтерференції, дифракції, поляризації та властиві лише хвильовим процесам і можуть бути пояснені тільки на основі хвильової теорії.

Відображення та заломлення.Поширення хвиль геометрично описується з допомогою променів. У однорідному середовищі ( n= const) промені прямолінійні. Проте, межі розділу середовищ їх напрями змінюються. При цьому утворюється дві хвилі: відбита, що розповсюджується в першому середовищі з колишньою швидкістю, і заломлена, що поширюється в другому середовищі з іншою швидкістю, що залежить від властивостей цього середовища. Явище відображення відоме як звукових (луна), так світлових хвиль. Завдяки відображенню світла формується уявне зображення у дзеркалі. Заломлення світла є основою безлічі цікавих атмосферних явищ. Воно широко використовується у різних оптичних пристроях: лінзах, призмах, оптичних волокнах. Ці пристрої є елементами приладів різного призначення: фотоапаратів, мікроскопів та телескопів, перископів, проекторів, оптичних систем зв'язку тощо.

Інтерференціяхвиль - явище перерозподілу енергії при накладенні двох (або декількох) когерентних (узгоджених) хвиль, що супроводжується виникненням інтерференційної картини максимумів, що чергуються, і мінімумів інтенсивності (амплітуди) результуючої хвилі. Когерентними називаються хвилі, котрим різниця фаз у точці додавання залишається незмінною у часі, але може змінюватися від точки до точки і просторі. Якщо хвилі трапляються «у фазі», тобто. одночасно досягають максимального відхилення щодо одного напрямі, всі вони посилюють одне одного, і якщо зустрічаються «в противофазе», тобто. одночасно досягають протилежних відхилень, то послаблюють одне одного. Узгодження коливань двох хвиль (когерентність) двох хвиль у разі світла можливе, тільки якщо вони мають загальне походження, що зумовлено особливостями процесів випромінювання. Виняток становлять лазери, випромінювання яких характеризується високою когерентністю. Тому для спостереження інтерференції світло, що йде від одного джерела ділять на дві групи хвиль, або пропускаючи через два отвори (щілини) у непрозорому екрані, або за рахунок відображення та заломлення на межі середовищ у тонких плівках. Інтерференційна картина від монохроматичного джерела ( λ =const) на екрані для променів, що пройшли через дві вузькі близько розташовані щілини, має вигляд яскравих і темних смуг, що чергуються (досвід Юнга, 1801 р.). Яскраві смуги – максимуми інтенсивності спостерігаються у тих точках екрану, у яких хвилі від двох щілин зустрічаються «у фазі», тобто їх різниця фаз

, m =0,1,2,…,(3.10)

Це відповідає різниці ходу променів, кратної цілої кількості довжин хвиль λ

, m =0,1,2,…,(3.11)

Темні лінії (взаємні погашення), тобто. мінімуми інтенсивності виникають у тих точках екрану, в яких хвилі зустрічаються «у протифазі», тобто їх різниця фаз становить

, m =0,1,2,…,(3.12)

Це відповідає різниці ходу променів, кратній непарному числу напівхвиль

, m =0,1,2,….(3.13)

Інтерференція спостерігається різних хвиль. Інтерференція білого світла, що включає всі хвилі видимого світла в діапазоні довжин хвиль мкм може виявлятися у вигляді райдужного фарбування тонких плівок бензину на поверхні води, мильних бульбашок, окисних плівок на поверхні металів. Умови інтерференційного максимуму в різних точках плівки виконуються для різних хвиль із різною довжиною хвилі, що призводить до посилення хвиль різного кольору. Умови інтерференції визначаються довжиною хвилі, яка для видимого світла становить частки мікрон (1 мкм = 10 -6 м), тому дане явище лежить в основі різних прецизійних (надточних) методів дослідження, контролю та вимірювання. На використанні інтерференції ґрунтується використання інтерферометрів, інтерференційних спектроскопів, а також метод голографії. Інтерференція світла використовується вимірювання довжини хвилі випромінювання, дослідження тонкої структури спектральних ліній, визначення щільностей, показників заломлення речовин, товщини тонких покриттів.

Дифракція- Сукупність явищ, що виникають при поширенні хвилі в середовищі з різко вираженою неоднорідністю властивостей. Це спостерігається під час проходження хвиль через отвір на екрані, поблизу межі непрозорих об'єктів тощо. Дифракція призводить до обгинання хвилею перешкоди, розміри якої можна порівняти з довжиною хвилі. Якщо розмір перешкоди набагато перевищує довжину хвилі, дифракція проявляється слабо. На макроскопічних перешкодах спостерігається дифракція звукових, сейсмічних хвиль, радіохвиль, котрим 1см км. Для спостереження дифракції світла перешкоди повинні мати значно менші розміри. Дифракцією звукових хвиль пояснюється можливість чути голос людини, яка знаходиться за рогом будинку. Дифракцією радіохвиль навколо поверхні Землі пояснюється прийом радіосигналів у діапазоні довгих та середніх радіохвиль далеко за межами прямої видимості випромінюючої антени.

Дифракція хвиль супроводжується їх інтерференцією, що призводить до формування дифракційної картини, максимумів, що чергуються, і мінімумів інтенсивності. При походженні світла через дифракційну решітку, що являє собою сукупність паралельних прозорих і непрозорих смуг (до 1000 на 1мм), що чергуються, на екрані виникає дифракційна картина, положення максимумів якої залежить від довжини хвилі випромінювання. Це дозволяє використовувати дифракційні грати для аналізу спектрального складу випромінювання. Структура кристалічної речовини подібна до тривимірної дифракційної решітки. Спостереження дифракційної картини під час проходження рентгенівського випромінювання, пучка електронів чи нейронів, через кристали, у яких упорядковано розташовані частинки речовини (атоми, іони, молекули), дозволяє досліджувати особливості їх структури. Характерною величиною для міжатомних відстаней є d~10 -10 м, що відповідає довжинам хвиль випромінювань, що використовуються і робить їх незамінними для кристалографічного аналізу.

Дифракція світла визначає межу роздільної здатності оптичних приладів (телескопів, мікроскопів та ін.). Роздільна здатність – мінімальна відстань між двома об'єктами, коли вони видно окремо, не зливаються – дозволяються. Через дифракцію зображення точкового джерела (наприклад, зірки у телескопі) має вигляд кружка, отже близько розташовані об'єкти не дозволяються. Роздільна здатність залежить від ряду параметрів, у т. ч. від довжини хвилі: чим менше довжина хвилі, тим краще роздільна здатність. Тому розмір об'єкта, який спостерігається в оптичному мікроскопі, обмежений довжиною світлової хвилі (приблизно 0,5 мкм).

Явище інтерференції та дифракції світла лежать в основі принципу запису та відтворення зображення у голографії. У запропонованому 1948 року Д. Габором (1900 – 1979) методі фіксується інтерференційна картина, отримана під час освітлення об'єкта і фотопластинки когерентними променями. Отримана голограма являє собою світлі і темні плями, що чергуються, не мають подібності з об'єктом, однак, дифракція від голограми світлових хвиль, ідентичних використовуваним при її записі, дозволяє відновити хвилю, розсіяну реальним об'єктом і отримати його об'ємне зображення.

Поляризація– явище властиве лише поперечним хвиль. Поперечність світлових хвиль (як і будь-яких інших електромагнітних хвиль) виражається в тому, що вектори напруженості електричного () і індукції магнітного () полів, що коливаються в них, перпендикулярні напрямку поширення хвилі. Крім того, ці вектори взаємно перпендикулярні, тому для повного опису стану поляризації світла потрібно знати поведінку лише одного з них. Дія світла на пристрої, що реєструють, визначається вектором напруженості електричного поля, який називають світловим вектором.

Світлові хвилі, випущені природним джерелом випромінювання, тобто. безліччю незалежних атомів, є поляризованими, т.к. напрям коливань світлового вектора () у природному промені безперервно і безладно зміняться, залишаючись перпендикулярним вектору швидкості хвилі.

Світло, у якого напрямок світлового вектора залишається незмінним, називається лінійно поляризованим. Поляризація – впорядкування коливань вектора. Прикладом може бути гармонійна хвиля. Для поляризації світла використовуються пристрої, звані поляризаторами, дія яких заснована на особливостях процесів відбиття та заломлення світла, а також на анізотропії оптичних властивостей речовини в кристалічному стані. Світловий вектор промені, що пройшов через поляризатор, коливається в площині званої площиною поляризатора. При проходженні поляризованого світла через другий поляризатор виявляється, що інтенсивності променя, що пройшов, змінюється при обертанні поляризатора. Світло проходить через прилад без поглинання, якщо його поляризація збігається з площиною другого поляризатора і повністю затримується при повороті кристала на 90 градусів, коли площина коливань поляризованого світла виявляється перпендикулярно площині другого поляризатора.

Поляризація світла знайшла широке застосування у різних галузях наукових досліджень та техніки. вона використовується в мікроскопічних дослідженнях, у процесах звукозапису, оптичної локації, швидкісної кіно- та фотозйомки, у харчовій промисловості (сахариметрія) тощо.

Дисперсія- Залежність швидкості поширення хвиль від їх частоти (довжини хвилі). При поширенні електромагнітних хвиль у середовищі виникає -

Дисперсія визначається фізичними властивостями того середовища, в якому поширюються хвилі. Наприклад, у вакуумі електромагнітні хвилі поширюються без дисперсії, у речовинному середовищі, навіть у такому розрідженому, як іоносфера Землі, виникає дисперсія. Звукові та ультразвукові хвилі також виявляють дисперсію. При поширенні в середовищі гармонійні хвилі різних частот, куди може бути розкладений сигнал, поширюються з різною швидкістю, що призводить до спотворення форми сигналів. Дисперсія світла – залежність показника заломлення речовини від частоти (довжини хвилі) світла. При зміні швидкості світла, залежно від частоти (довжини хвилі), показник заломлення змінюється. Через дисперсію біле світло, що складається з безлічі хвиль різної частоти, при проходженні крізь прозору тригранну призму розкладається і утворюється суцільний (безперервний) спектр. Вивчення цього спектра призвело до І. Ньютона (1672) до відкриття дисперсії світла. Для прозорих речовин в даній області спектра показник заломлення збільшується зі збільшенням частоти (зменшенням довжини хвилі), чому і відповідає розподіл кольорів у спектрі. Найбільший показник заломлення виявляється для фіолетового світла (=0,38 мкм), найменший червоного (=0,76 мкм). Подібне явище спостерігається в природі при поширенні сонячного світла в атмосфері та його заломленні в частках води (влітку) та льоду (взимку). При цьому виникає веселка чи сонячне гало.

Ефект Доплера.Ефект Доплера - зміна частоти чи довжини хвиль, сприйманих спостерігачем (приймачем), внаслідок руху джерела хвиль і спостерігача щодо друг друга. Швидкість хвилі uвизначається властивостями середовища проживання і під час руху джерела чи спостерігача не змінюється. Якщо спостерігач чи джерело хвиль рухається зі швидкістю щодо середовища, то частота vприйнятих хвиль стає інший. При цьому, як встановив Доплер (1803 – 1853), при наближенні спостерігача до джерела частота хвиль збільшується, а при видаленні – зменшується. Це відповідає зменшенню довжини хвилі λ при зближенні джерела та спостерігача та збільшенню λ при їх взаємному видаленні. Для звукових хвиль Ефект Доплера проявляється у підвищенні тону звуку, коли джерело звуку та спостерігач зближуються (за 1 сікспостерігач приймає більше хвиль), і у зниженні тону звуку, що вони видаляються. Ефект Доплера зумовлює і «червоне усунення», що описано вище. - Зниження частот електромагнітного випромінювання від джерела, що рухається. Ця назва пов'язана з тим, що у видимій частині спектра в результаті ефекту Доплера лінії виявляються зміщеними до червоного кінця; «червоне зміщення» спостерігається й у випромінюваннях будь-яких інших частот, наприклад радіодіапазоні. Протилежний ефект, пов'язаний із підвищенням частот, називається синім (або фіолетовим) зміщенням. В астрофізиці розглядаються два «червоні зміщення» - космологічне та гравітаційне. Космологічним (метагалактичним) називають «червоне зміщення», яке спостерігається для всіх далеких джерел (галактик, квазарів) - зниження частот випромінювання, що свідчить про видалення цих джерел один від одного і, зокрема, від нашої Галактики, тобто про нестаціонарність (розширення) ) Метагалактики. "Червоне зміщення" для галактик було виявлено американським астрономом В. Слайфером у 1912-14; в 1929 Е. Хаббл відкрив, що для далеких галактик воно більше, ніж для близьких, і зростає приблизно пропорційно відстані. Це дозволило виявити закон взаємного видалення (розбігання) галактик. Закон Хаббла у разі записується у формі

u = Hr; (3.14)

(u- Швидкість видалення галактики, r- Відстань до неї, Н -постійна Хаббла). Визначаючи за величиною "червоного усунення" швидкість видалення галактики можна розрахувати відстань до неї. Для визначення відстаней до позагалактичних об'єктів за цією формулою потрібно знати чисельне значення постійної Хаббла н.Знання цієї постійної є дуже важливим і для космології: з нею пов'язане визначення «віку» Всесвіту. На початку сімдесятих років ХХ століття для постійної Хаббла прийнято значення Н =(3 – 5)*10 -18 з -1 , обернена величина Т = 1/Н = 18 млрд. Років. Гравітаційне «червоне усунення» є наслідком уповільнення темпу часу та обумовлено гравітаційним полем (ефект загальної теорії відносності). Це називається також ефектом Ейнштейна або узагальненим ефектом Доплера. Воно спостерігалося з 1919 спочатку у випромінюванні Сонця, а потім і деяких інших зірок. У ряді випадків (наприклад, при гравітаційному колапсі) має спостерігатися «червоне усунення» обох типів.