Загрузил Svetoslav Botev

KURSOVA RABOTA - MOF

Реклама
Софийски Университет „Св. Климент Охридски”
Физически Факултет
Катедра Методика на обучението по физика
КУРСОВА РАБОТА
Тема: Методическа разработка на раздел Трептения и вълни
9 клас – задължителна подготовка (I равнище)
Учебна дисциплина: Методика на обучението по физика
Студент: Светослав Георгиев Ботев, ф.№ 280019
Специалност: АМГ, III курс (задочно обучение)
Ръководител: гл. ас. Димова
София, 2013 г.
2
СЪДЪРЖАНИЕ:
Тематичен план за раздел Трептения и вълни (таблица) ........................................................3
1. Нови знания в раздел Трептения и вълни .............................................................................4
1.1. Цели ......................................................................................................................................4
1.2. Нови знания ..........................................................................................................................5
1.3. Дидактически методи и средства .......................................................................................7
1.4. План на раздела ....................................................................................................................8
2. Решаване на задачи в раздел Трептения и вълни ..............................................................17
1.1. Цел на решаване на задачи .............................................................................................. 17
1.2. Физични зависимости при решаване на задачи ............................................................. 17
1.3. Примерни задачи (условия и решения) ........................................................................... 18
3. Указания за извършване на физичен практикум по раздел Трептения и вълни ............ 22
4. Обобщителен урок (преговор на раздел Трептения и вълни) ...........................................23
4.1. Насоки ..................................................................................................................................23
4.2. Примерен план ....................................................................................................................23
Литература ..................................................................................................................................25
3
Методическа разработка на раздел
Трептения и вълни
9 клас – задължителна подготовка
(I равнище)
I равнище приключва с обучението в 10 клас. При 2 часа седмично, с него
завършва усвояването на общообразователния минимум. На това равнище се изгражда
основният курс, включващ разширени и обобщени знания на експериментално–
теоретично равнище с практическа насоченост и най-общата физична картина за света.
Този общообразователен минимум не осигурява преход към обучение във висши
училища, в които физиката е основен предмет.
Таблица:
Тематичен план за раздел Трептения и вълни:
Седмици
Уроци
I равнище
(задължителна подготовка)
Седмици
Уро- I равнище
ци
(задължителна подготовка)
I
1.
Механично трептене:
Механично хармонично трептене
Математично махало
VIII
15.
Радиовълни
16.
IX
6.
Механична енергия на
хармонични трептения
Собствени и принудени
трептения. Резонанс
Свойства и видове механични
вълни:
Механични вълни
Интерференция на вълни
Радиопредаване и
радиоприемане
Телевизия. Радиолокация
7.
Отражение на механични вълни
XI
8.
Звук:
Звукови вълни
Източници и приемници на звук
2.
II
3.
4.
III
IV
V
5.
9.
10.
VI
11.
12.
VII
13.
14.
Разпространение и приложение на
звука
Механични вълни. Звук
(решаване на задачи)
Механични трептения и вълни.
Звук. (преговор и обобщение)
Тематична проверка:
Електромагнитни вълни
(трептения)
Електромагнитни вълни –
излъчване и свойства
17.
18.
X
XII
XIII
XIV
19.
Приложение на
микровълните
Електромагнитни вълни
(преговор и обобщение)
20.
Тематична проверка
21.
Физичен практикум
22.
Физичен практикум
23.
Физичен практикум
24.
Физичен практикум
25.
Преговор
26.
Преговор
27.
Резерв на учителя
28.
Резерв на учителя
4
1. Нови знания в раздел Трептения и
вълни:
1.1. Цели:
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
Очаквани резултати от учениците (по теми):
● Тема 1. Хармонично трептене:
Разпознават графиката на хармоничното трептене, знаят и прилагат основни
величини и закономерности, характеризиращи трептенията;
Описват качествено и количествено обикновеното хармонично трептене на
пружинно махало и математично махало;
Проследяват качествено (без формули) преобразуването и запазването на енергията
при незатихващо трептене;
Разбират причините за затихване на трептенията в реалните системи;
Знаят от какво зависи честотата на принудените трептения, описват резонанса и
технологични и други последствия от него;
● Тема 2. Свойства на механичните вълни и ●Тема 3. Видове механични вълни:
Свързват вълновия процес с механичните трептения на частиците на материална
среда и разбират, че вълните пренасят енергия, но не пренасят вещество;
Разграничават скоростта на вълната от скоростта на движение на частиците;
Описват обикновена хармонична вълна;
Обясняват качествено отражението и интерференцията на механичните вълни и
получаването на стояща вълна по еластичен шнур;
Разграничават надлъжната от напречната вълна;
Представят графично плоски и сферични вълни;
Описват качествено начина на създаване и разпространението на вълни в различни
среди;
Знаят основните правила за поведение пре земетресение;
● Тема 4. Звук:
Описват получаването и разпространението на звука и възприемането му от
човешкото ухо;
Дават примери за естествени и създадени от човека източници на ултразвук и на
инфразвук;
Разбират вредата от шума за здравето на човека;
Илюстрират с примери различни приложения на ултразвука;
● Тема 5. Електромагнитни вълни:
Описват
основни
характеристики
на
обикновената
монохроматична
електромагнитна вълна, като използват аналогията с механичните вълни;
Разбират, че между електромагнитните и механичните вълни има принципни
различия;
Изброяват основните части от спектъра на електромагнитните вълни и знаят, че
видимата светлина също е електромагнитна вълна;
Описват по схема принципа на радиопредаването и радиоприемането и на
телевизията;
Дават примери за съвременни приложения на радиовълните и микровълните в
наземните и космическите телекомуникации;
5
1.2. Нови знания:
● Тема 1. Хармонично трептене:
Разширява се кръгът на познатите механични движения чрез изучаване на
трептеливите движения, в частност на хармоничното трептене. Изказва се хипотезата за
‘‘родственост’’ между въртенето по окръжност и трептенето на точка. Освен познатите от
VIII клас величини период ( T ), честота ( ) и ъглова скорост (  ), която в този раздел се
нарича кръгова честота, се въвежда и величината амплитуда ( A ). С помощта на
учениците, периодът се тълкува като време за извършване на едно пълно трептене, а
амплитудата – като величина, която показва максималната стойност на отклонението на
1
2
трептящата точка. Записват се формулите   и  
.
T
T
Дава се кинематична, динамична и енергетична интерпретация на хармоничното
трептене. Като се изхожда от основното уравнение на динамиката и се замести
ускорението от закона за ускорението при хармоничното трептене, се получава формулата
за силата. Особено внимание трябва да се обърне на посоката на силата, която винаги е
към равновесното положение. Съществен момент е енергетичната интерпретация на
свободните хармонични трептения, като процес на взаимно превръщане на кинетичната и
потенциалната енергия на системата.
Хармоничното трептене се изучава в два конкретни случая – математично махало и
физично махало. Записват се формулите за периода съответно на математично
l
m
( T  2
) и пружинно ( T  2
) махало.
g
k
Разглеждат се от енергетична гледна точка затихващите и незатихващите трептения
като разновидност на свободните трептения. Подчертава се, че свободните трептения се
предизвикват чрез еднократно внасяне на енергия в дадена система.
Изяснява се същността на явлението резонанс. Отчита се наличието на две основни
сили в система, извършваща принудени трептения – вътрешна сила и външна (периодично
действаща) сила, които определят съответно собствената честота на системата  0 и
честотата на принудените трептения  . Когато се дава определение за резонанс, трябва да
се обърне внимание на факта, че максималната амплитуда на трептене се достига при
равенство между честотата на принудените трептения и собствената честота на системата.
● Тема 2. Свойства на механичните вълни и ●Тема 3. Видове механични вълни:
Въвежда се понятие за механично вълново движение като специфична форма на
движение на непрекъснати среди, съдържаща в себе си трептене на частиците на средата и
последователно предаване на тези трептения. За да вникнат учениците в същността на
вълновото движение, се анализира промяната на механичното състояние на първата
частица от средата, в която се разпространява вълновият процес – привеждането й в
трептене, както и причината за задвижването на следващите частици. В резултат на тези
разглеждания, се достига до определението за вълново движение. На учениците трябва да
бъде разяснено, че, при разпространение на вълните, не се извършва пренасяне на
вещество. Тогава естествено възниква въпросът: какво се пренася през средата в процеса
на разпространение на вълните? Неговият отговор – енергия – е естествен, защото е
очевидно, че, благодарение на вълновото движение, частици, които са били в покой,
започват да трептят, т.е. придобиват енергия.
Учениците се запознават с едномерната хармонична вълна и с понятията вълнова
повърхност и лъч. Основен факт, върху който се правят разглежданията за процеса на
разпространение на хармоничното трептене в материална среда, е фактът, че всяка
частица, до която е достигнала вълната, извършва принудено трептене, като повтаря
трептенето на предишната частица. Следователно, всички точки на средата трептят с
6
честотата на източника и, поради това, честотата на трептене на частиците е и честота на
вълната.
По чертежи, учениците лесно мотат да открият частици, които трептят еднакво, и
така да се достигне до дефиниция на величината дължина на вълната. Заедно с това, се
записва и зависимостта   vT за хармонична вълна. За да се въведат понятията вълнова
повърхност и лъч, е по-добре да се разгледат двумерни и тримерни вълни, при които
вълновите повърхности се открояват по-характерно. Необходимо е да се подчертае, че,
когато се интересуваме от разпространението на енергията, често, вместо с детайлно
описание на вълновия процес, можем да се ограничим с разглеждане само на лъчите,
които в този случай са един модел на разпространение на вълните.
Учениците се запознават със същността на явлението интерференция, което е
типично за вълновите процеси, с условията за настъпването му, както и с вида на
интерференчната картина в някои конкретни случаи. (В основата на разглежданията е
принципът за суперпозицията, който учениците познават от раздел електростатика.)
Едновременното разпространение на две вълни в една среда означава, че всяка точка от
нея участва едновременно в две хармонични трептения. Затова първо се разглежда
въпросът за събиране на две трептения с еднакви направления. Написват се уравненията
за трептене на точка, до която са достигнали двете трептения, и се определя резултантното
отклонение.
Явлението отражение е познато на учениците, тъй като е изучавано още в VII клас
в раздела геометрична оптика. На базата на това опорно знание, се припомня
определението за отражение и се дава обяснение на явлението при механичните вълни,
като е необходимо да се направи чертеж. За предпочитане е да се разгледа картината,
която се получава при попадане на плоска вълна върху плоска гранична повърхност.
● Тема 4. Звук:
Разглежда се част от физичните основи на акустиката, като учениците се
запознават с някои обективни и субективни характеристики на звука и се обяснява
физическата същност на някои звукови явления.
Дефинира се величината интензитет на звуковата вълна като енергия, пренесена от
E
вълната за единица време през единица площ, т.е. I  . Обръща се внимание на мерната
St
2
2
единица: J m .s  W / m .
● Тема 5. Електромагнитни вълни:
На учениците се обяснява, че промените на електричното поле с времето пораждат
магнитно поле. След това се дават основни представи за електромагнитните вълни.
Разграничават се свойствата, които са характерни за електромагнитните вълни, от
свойствата, спечифични за плоските или за сферичните монохроматични вълни.
Разглеждането на условията, при които възникват монохроматични вълни (преходът от
затворен към отворен трептящ кръг) по естествен начин води до принципите, върху които
почиват такива важни приложни области, като радиофизиката, радиотехниката,
телевизията и др.
Изяснява се същността на свободните електромагнитни трептения в затворен
трептящ кръг, след което учениците се запознават с модела на идеален трептящ кръг.
Честотата на собствените трептения се изразява посредством формулата на Томсън:
1
.
f0 
2 LC
С изучаването на принудените електромагнитни трептения се разширяват
представите за резонанса като случай, възможен не само при механичните трептения, но и
при електромагнитните. Използва се паралелът между принудените електромагнитни и
принудените механични трептения. По този начин се установява, че в двата случая
принудените трептения на системата стават с честотата на външното въздействие и се


7
проследява зависимостта на амплитудата на принуденото трептене от честотата. Разликата
е в това, че преценките за механичното трептене се дават директно по наблюдения върху
опитната постановка, а при електромагнитните трептения се използва осцилоскоп.
Разглеждат се от енергетична гледна точка процесите на излъчване и
разпространение на монохроматични електромагнитни вълни. Монохроматичният
характер на електромагнитните вълни, излъчвани от един отворен трептящ кръг се
изяснява добре чрез сравняването им с хармоничните механични вълни.
Учениците се запознават с най-употребяваните вълнови диапазони в радиото,
телевизията и радиолокацията, както и с устройствата за излъчване и приемане на
съответните групи вълни. Подчертава се фактът, че формата и видът на на излъчвателната
антена, която по същество представлява отворен трептящ кръг, се определят от честотата
на излъчваната вълна и от някои особености на нейното разпространение в атмосферата.
По отношение на радиовръзките, се пояснява същността на процеса на модулация
на носещата честота със звуковия сигнал. Изясняват се физичните процеси при
радиопредаването и радиоприемането.
Учениците се запознават с принципа на телевизията.
1.3. Дидактически методи и средства:
● Тема 1. Хармонично трептене:
Подходящ метод е беседата, придружена с демонстрации. Необходимо е, на базата
на описаните примери или показаните опити, да се подчертае периодичният характер на
трептеливите движения. Препоръчително е да се покаже люлеене на махало (топче,
окачено на лека нишка), трептене на пружинно махало, трептене на стоманена пластинка
и др. Важен момент е графичното представяне на закона за хармоничното трептене.
Естествено продължение на беседата е, след като вече е отговорено на въпроса как
трепти материалната точка, да се обясни защо трепти. Изменението на потенциалната
енергия може да се проследи качествено, именно като се наблюдава люлеенето на махало.
В съответствие с известната формула E p  mgh , се прави преценка за стойността на
потенциалната енергия на топчето при различни положения.
Въз основа на сравнението между закона за силата при хармоничното трептене и
закона на Хук, учениците се насочват към пружинното махало, което дава реална
възможност за получаване на хармонично трептене.
Извършва се опит за демонстриране на принудени трептения на пружинно махало,
като се подчертава, че внасянето на енергия в трептящата система става чрез ритмични
тласъци от периодично действаща външна сила. Обръща се внимание на факта, че
честотата на трептенията съвпада с честотата на променливата външна сила. Така се стига
до определението за принудени трептения.
Разширява се енергетичното интерпретиране на хармоничното трептене чрез
експериментално установяване на условието за резонанс, като учениците се насочват към
най-типичните случаи на резонанс от заобикалящата ни действителност.
● Тема 2. Свойства на механичните вълни и ●Тема 3. Видове механични вълни:
Дава се нагледна представа за надлъжни и напречни вълни. Подходящо е да се
предостави възможност на учениците да наблюдават вълнов процес, като се демонстрира
получаването на линейни вълни, които се разпространяват по шнур, както и на водни
вълни в демонстрационна вълнова вана.
Подходящ метод, при изучаване на интерференцията, е разказът, придружен с
демонстрации. Показва се стационарна интерференчна картина от два източника и се
определят местата на интерференчните максимуми и минимуми, в зависимост от
разстоянията на разглеждана точка до двата източника. За да се даде идея за възможни
случаи на интерференция извън рамките на учебния кабинет, може да се загатне на
учениците за фадинг-ефекта (периодичното заглъхване и усилване на приема) на много
8
радиостанции в късовълновия радиодиапазон е резултат от интерференция на
радиовълните.
В използваните учебни методи е добре да преобладава беседата, особено в онези
моменти, в които опитът служи като източник на информация.
● Тема 4. Звук:
Незаменим демонстрационен уред е електронният осцилоскоп със звуков детектор
на входа – най-често микрофон. По наблюдаваната осцилограма се съди за характера на
трептенията на източниците на звук. За удобство при разглежданията, се предпочитат
главно източници на чист тон, извършващи хармонично трептене. Така най-добре се
изяснява честотната музикална характеристика на тона – неговата височина. За целта е
необходимо предварително да се обясни на учениците, че гъстотата на синусовите
извивки на осцилограмата се определя от честотата на трептенето. Със същата опитна
постановка, опитно се показва зависимостта на гръмкостта на чувания звук от
амплитудата на звуковата вълна, попадаща в микрофона, до който се намира ухото,
даващо субективната преценка.
● Тема 5. Електромагнитни вълни:
Най-подходящ метод за изучаване на свободното трептене е беседата, придружена
с демонстрационни опити. Идеята е да се използва принципно ново устройство, каквото е
затвореният трептящ кръг. Добре е на учениците да се покаже трептящ кръг, съставен от
намотка и кондензатор.
При извършване на експеримент за демонстриране на резонанс, резонанс се
постига като на трептящия кръг се подава променливо напрежение с изменяща се честота,
до съвпадане със собствената честота на кръга.
Уместно е кратко запознаване с историята на откриването на радиовълните, като се
споменават опитите на Херц за получаване и регистриране на радиовълни. Този факт
трябва да послужи и като илюстрация на случая, при който експериментът потвърждава
откритие, направено по теоретичен път.
Препоръчително е посещаване на гражданско летище, където учениците могат да
се запознаят с работата на радиолокатора.
Добре е, при запознаване с принципите на телевизията, да се посети телевизионно
студио, както и телевизионен сервиз.
1.4. План на раздела:
–
● Тема 1. Хармонично трептене:
Хармонично трептене:
Процеси и явления:
1) Механично
трептене:
– Определение:
Механично
движение, при
което се преминава
многократно от
едно крайно
положение в друго
и обратно през
определено време.
Понятия и величини:
1) Равновесно положение:
– Определение: равновесно състояние на
система;
– Означение: т. О;
2) Отклонение:
– Определение: разстояние на
положението на тялото спрямо
равновесното му положение във всеки
момент от време на движението;
– Означение: x;
– Измерителна единица: m, cm, mm;
3) Амплитуда:
– Определение: максимално отклонение ;
– Означение: A;
– Измерителна единица: m, cm, mm;
4) Период:
– Определение: времето за едно пълно
трептене ;
– Означение: T;
– Измерителна единица: s, ms;
Закони, формули и зависимости:
1) Формула
за
честота:
 
1
[Hz];
T
2) Закон на Хук:
– Определение: Под действие на
еластична сила F, тялото
извършва хармонични трептения
около равновесното си
положение;
– Формула: F  kx [N];
3) Формула за ускорение при
хармонично
трептене:
m
x  2;
m s 
k
 A ; amin  0 ;
m
a
amax
k
4) Зависимост:
9
5) Честота:
– Определение: брой на трептенията за
единица време;
– Означение: ν;
– Измерителна единица: Hz;
6) Еластична сила:
– Определение: сила, насочена към
равновесното положение и стремяща се
да върне тялото в него;
– Означение: F;
– Измерителна единица: N;
–
Енергия на хармонично трептене:
Процеси и явления:
–
Понятия и величини:
1) Потенциална енергия на пружина:
– Определение: Деформираната
пружина притежава потенциална
енергия, равна на работата,
изразходвана за получаване на тази
деформация; Означение: E p ;
– Измерителна единица: J;
2) Енергия на хармонично трептене:
– Определение: При хармонично
трептене, което се извършва без
триене, във всеки момент от време
общата механична енергия на
трептящата система остава постоянна
по големина, като непрекъснато се
превръща от потенциална енергия на
деформация на пружината в
кинетичната енергия на на движение
на закаченото тяло и обратно;
– Означение: E;
– Измерителна единица: J;
–
Закони, формули и зависимости:
1) Формула
за
потенциална
енергия
на
пружина:
Ep  A  k
x2
[J];
2
2) Формула за енергия
хармонично трептене:
E  E p  Ek  k
на
x 2 mv 2
A2

k
2
2
2
[J];
Период и честота на хармонично трептене. Математично махало:
Процеси и явления:
1) Свободно
(собствено)
трептене:
– Определение:
трептене, което се
извършва в
материална среда,
без да се отчита
нейното
съпротивление;
2) Незатихващо
трептене:
– Определение:
идеално свободно
трептене (може да
се извършва
безкрайно дълго
време);
–
Скоростта е максимална при
преминаване на тялото през
равновесното положение и става
равна на нула при максимално
отклонение.
Понятия и величини:
1) Период на пружинно махало:
– Определение: Периодът на собствените
хармонични трептения на пружинно
махало не зависи от амплитудата на
трептене, а само от еластичните
свойства (коефициента на еластичност)
на пружината и инертността (масата) на
трептящото тяло;
– Означение: T;
– Измерителна единица: s, ms;
2) Период на математично махало:
– Определение: Периодът на люлеене на
математично махало не зависи от
амплитудата на трептене и от масата на
окаченото тяло, а зависи само от
дължината на махалото и от земното
ускорение;
– Означение: T;
– Измерителна единица: s, ms;
Закони, формули и зависимости:
1) Формула за период на
пружинно махало:
T  2
m
k
[s];
2) Формула за период на
математично махало:
T  2
l
[s];
g
Затихващи и принудени трептения. Резонанс:
Процеси и явления:
Понятия и величини:
Закони, формули и зависимости:
10
1) Затихващо
трептене:
– Определение:
реално свободно
трептене
(амплитудата на
трептене намалява с
времето);
2) Принудено
трептене:
– Определение:
Принудено трептене
възниква, когато
върху трептящото
тяло е приложена
допълнителна
външна сила
(честотата на
принудените
трептения е равна
на честотата на
външната
периодична сила).
3) Резонанс:
– Определение:
Резонанс настъпва,
когато честотата на
външната
периодична сила
става близка и се
изравнява със
собствената честота
на трептящата
система..
1) Период на пружинно махало:
– Определение: Периодът на собствените
хармонични трептения на пружинно
махало не зависи от амплитудата на
трептене, а само от еластичните
свойства (коефициента на еластичност)
на пружината и инертността (масата) на
трептящото тяло;
– Означение: T;
– Измерителна единица: s, ms;
2) Период на математично махало:
– Определение: Периодът на люлеене на
математично махало не зависи от
амплитудата на трептене и от масата на
окаченото тяло, а зависи само от
дължината на махалото и от земното
ускорение;
– Означение: T;
– Измерителна единица: s, ms;
1) Зависимост:
В реалните трептящи системи,
част от механичната им енергия
се превръща в топлина, т.е. в
друг вид енергия, поради
наличие на сили на триене при
движение на трептящото тяло в
съпротивителната среда.
2) Формула за собствена честота
на пружинно махало:
0 
1
2
k
[Hz];
m
3) Формула за резонанс: 
[Hz]; ( е честотата на
0
външната сила, а  0 е честотата
на собствените трептения на
трептящата система)
● Тема 2. Свойства на механичните вълни и ●Тема 3. Видове механични вълни:
– Механични вълни:
Процеси и явления:
1) Механична
вълна:
– Определение:
процес на
разпространение на
механични
трептения в
еластична среда;
2) Бягаща
механична вълна:
– Определение:
наблюдавано
вълнообразно
движение по
дължината на шнур;
3) Напречна вълна:
– Определение:
вълна, при която
частиците, до които
достигат механични
трептения, се
движат (трептят)
напречно спрямо
Понятия и величини:
1) Източник на механични вълни:
– Определение: устройство, което
създава принудени механични
трептения във веществена среда;
2) Хармонична вълна:
– Определение: вълна, създадена от
хармоничен източник;
3) Амплитуда на вълната:
– Определение: амплитуда на трептене на
частиците на шнура;
– Означение: A;
– Измерителна единица: m, cm, mm;
4) Честота на вълната:
– Определение: честота на трептене на
частиците на шнура;
– Означение: ν;
– Измерителна единица: Hz;
5) Период на вълната:
– Определение: реципрочна стойност на
честотата на вълната;
– Означение: T;
– Измерителна единица: s, ms;
6) Дължина на вълната:
Закони, формули и зависимости:
1) Зависимост:
Вълните се разпространяват във
веществена еластична среда, без
самите те да пренасят вещество.
Те пренасят енергията на
механичните трептения.
2) Формула за период на вълна:
T 
1

[s];
3) Формула за скорост на вълна:
v

T
  [m/s];
11
посоката на
разпространение на
вълната;
3) Надлъжна вълна:
– Определение:
вълна, при която
частиците, до които
достигат механични
трептения, се
движат (трептят) по
посока на
разпространение на
вълната;
–
Определение: разстоянието между два
съседни върха или между два съседни
дола, което се изминава от вълната за
време един период; (Точките от шнура,
които в даден момент от време трептят
с най-голяма амплитуда, образуват
връх (гребен) или дол на вълната.)
– Означение:  ;
– Измерителна единица: m, cm, mm;
7) Скорост на вълната:
– Определение: скорост, с която се
разпространяват механични трептения
във веществена среда;
– Означение: v ;
– Измерителна единица: m/s;
Интерференция и отражение на вълните:
Процеси и явления:
1) Интерференция:
– Определение:
явление, при което,
в резултат от
събирането на две
или повече вълни,
се получава
нарастване на
амплитудата на
резултантната вълна
в едни области и
намаление на
амплитудата й в
други области;
2) Отразена вълна:
– Определение:
Отразената вълна
има същият вид, но
гребенът й е
заменен с дол или
обратно. При
отражение, се губи
половин дължина на
вълната, н вълната
запазва своята
честота.
3) Стоящи вълни:
– Определение:
Получават се при
интерференция на
падаща и отразена
механична вълна,
когато честотата на
падащата вълна е
равна или кратна на
собствената честота
на трептящия шнур.
–
–
Понятия и величини:
1) Интерференчни максимуми:
– Определение: места с увеличена
амплитуда;
2) Интерференчни минимуми:
– Определение: места с намалена
амплитуда;
3) Гасяща интерференция:
– Определение: места, в които частиците
не извършват механични трептения, т.е.
интерференчните минимуми са равни
на нула;
4) Върхове на стоящата вълна:
– Определение: точки, трептящи с
максимална амплитуда (т.е., в тези
точки, гребените и доловете на
падащата и отразената вълна винаги
пристигат едновременно и взаимно се
усилват);
5) Възли на стоящата вълна:
– Определение: неподвижни точки (т.е., в
тези точки, гребен на едната вълна
винаги се засича с дол на другата
вълна, вследствие на което двете вълни
взаимно се гасят);
Закони, формули и зависимости:
1) Принцип на суперпозицията:
Когато в една среда се
разпространяват две или повече
вълни, всяка от тях предизвиква
същите отклонения на частиците
на средата от равновесните им
положения, както ако вълните се
разпространяваха самостоятелно.
Резултантната вълна се получава,
като се сумират отклоненията,
предизвикани от отделните
вълни. (Амплитудата на
резултантната вълна сеполучава
чрез събиране на амплитудите на
двете вълни, ако те са с една и
съща посока, или чрез изваждане
на двете амплитуди, ако те са с
различни посоки.)
Геометрия на механични вълни:
Процеси и явления:
1) Земетресения:
– Определение:
Понятия и величини:
1) Размерност на вълните:
– Определение: В зависимост от
Закони, формули и зависимости:
1) Зависимост:
Надлъжните сеизмични вълни
12
мощен източник на
механични
трептения в земната
кора, а чрез
сеизмичните вълни
тези трептения се
разпространяват на
големи разстояния;
2) Сеизмични
вълни:
– Определение:
Сеизмичните вълни
се разпространяват
в твърда среда –
земната кора, и по
начина на трептене
биват два вида:
напречни и
надлъжни.
геометричните размери на средата, в
която се разпространяват, вълните
биват едномерни (т.е.
разпространяващи се в едно
направление), двумерни (т.е.
разпространяващи се в равнина) и
тримерни (т.е. разпространяващи се в
пространството), като едновременно с
това са или напречни, или надлъжни;
2) Графично представяне на вълните:
– фронт на вълната (повърхност, до която
се разпространява вълновото движение
в даден момент от време);
– лъчи (линии, перпендикулярни на
фронта, служещи за графично
представяне на посоката на
разпространение на вълните);
– повърхнинни вълни (вълни,
разпространяващи се равномерно във
всички посоки в една равнина, фронтът
на които е окръжност, а лъчите –
радиуси перпендикулярни на вълновите
фронтове);
– сферични вълни (вълни,
разпространяващи се равномерно във
всички посоки в пространството,
фронтът на които е сфера, а лъчите –
радиуси, перпендикулярни на
вълновите фронтове);
– плоски вълни (далече от вълновия
източник, вълновите фронтове могат да
се разглеждат като равнини,
разположени една от друга на
разстояние една дължина на вълната);
3) Огнище на земетресение:
– Определение: място на възникване на
земетресение;
4) Епицентър на земетресение:
– Определение: земната повърхност,
разположена над огнището;
имат по-голяма скорост на
разпространение от напречните и
те първи достигат местата,
отдалечени от огнището. Затова
се наричат първични.
Напречните сеизмични вълни се
разпродтраняват с по-малка
скорост, регистрират се с
известно закъснение и се
наричат вторични.
2) Предупреждение (при
земетресение):
Преди всичко запазете
спокойствие и, ако се намирате в
помещение, застанете близо до
носеща колона или стена, далече
от прозорци, изходни врати и
стълбища. Ако сте навън –
останете там, желателно на
открито място, далече от падащи
предмети.
● Тема 4. Звук:
Процеси и явления:
1) Звукови вълни:
– Определение:
механични вълни с
определена честота,
разтрептяващи
мембраната на
човешкото ухо, се
възприемат като
звук;
Понятия и величини:
1) Диапазон на звуковите вълни:
– Определение: Диапазонът на чуване
при човека е от 16 Hz до 20 000 Hz.
2) Инфразвук:
– Определение: механични трептения с
горна граница на честотите от 16 Hz до
25 Hz и долна, все още неопределена
граница;
3) Ултразвук:
– Определение: механични трептения с
честота над 20 kHz;
4) Интензитет на звуковата вълна:
– Определение: Интензитетът е равен на
енергията, пренесена от вълната за
единица време през единица площ,
перпендикулярно на посоката на
разпространение на вълната.
5) Праг на чуване:
– Определение: Прагът на чуване
Закони, формули и зависимости:
1) Зависимост:
Във въздуха, звуковите вълни се
разпространяват само като
надлъжни вълни. В течности и
твърди тела, звуковите вълни
могат да бъдат напречни или
надлъжни.
2) Зависимост:
Освен звук с основен тон
(честота), звучащото тяло издава
допълнителни тонове с кратни на
основния тон, но с по-малки
амплитуди. Те се наричат
обертонове и определят тембъра
на звука. По тембъра се
различават гласовете на
отделните хора и на музикалните
инструменти, дори когато
основният тон на звука е един и
13
отговаря на минимална стойност на
интензитета (за дадена честота), под
която човекът не възприема звук, т.е. не
чува. (Тази величина е субективна и
зависи от отделния човек.)
6) Горен праг на чуване:
– Определение: Горният праг на чуване
отговаря на максималната стойност на
интензитета (за дадена честота), която
се чува от човека. (Тази величина е
субективна и зависи от отделния
човек.)
7) Ниво на интензитета на звука:
– Определение: Индивидуалното усещане
за ниво но интензитета на звука се свързва с
прага на чуване и се измерва в децибели
(dB).
8) Височина на звука:
– Определение: способност на човешкото
ухо да различава звуците по честота, като
нискочестотните тонове се възприемат като
такива с малка височина, а
високочестотните – като тонове с голяма
височина;
–
същ.
3) Формула за интензитета на
звукова вълна:
I


E
J (m 2 s)  W m 2 ;
St
● Тема 5. Електромагнитни вълни:
Електромагнитни трептения:
Процеси и явления:
1) Хармонични
електромагнитни
трептения:
– Определение:
периодични
изменения на
големината и
посоката на
електричното и
магнитното поле в
трептящ кръг;
2) Незатихващи
свободни
(собствени)
трептения:
– Определение:
електромагнитни
трептения в идеален
трептящ кръг (със
съпротивление
R=0), които
продължават
безкрайно дълго
време;
3) Затихващи
свободни
(собствени)
трептения:
– Определение:
електромагнитни
трептения в реален
трептящ кръг (със
съпротивление
Понятия и величини:
1) Трептящ кръг:
– Определение: Електрическа верига от
кондензатор с капацитет C и намотка с
индуктивност L;
2) Параметри на трептящ кръг:
– Определение: Параметри на трептящия
кръг са капацитетът C и
индуктивността L.
Закони, формули и зависимости:
1) Формула на Томсън (формула
за честотата на собствените
трептения на идеален
електрически трептящ кръг):
f0 
1
2 LC
[Hz];
2) Формула за периода на
собствените трептения на
идеален електрически трептящ
кръг): T 
1
 2 LC [s];
f0
14
R≠0), при които
част от
електрическат
енергия се
превръща в
топлина;
4) Принудени
трептения:
– Определение:
електромагнитни
трептения в
трептящ кръг от
енергия, взета от
източник на
променливо ЕДН
(честотата на
принудените
електромагнитни
трептения е равна
на честотата на
външното ЕДН);
5) Резонанс:
– Определение:
Резонанс настъпва,
когато честотата f
навъншното ЕДН е
равна на честотата
f 0 на собствените
трептения на
трептящия кръг;
–
Електромагнитни вълни:
Процеси и явления:
1) Електромагнитна
вълна:
– Определение:
разпространение на
електромагнитни
трептения в
околното
пространство;
Понятия и величини:
1) Антена:
– Определение: отворен трептящ кръг
(плочите на кондензатора са
раздалечени една от друга и са
свързани от външната им страна с
проводник);
2) Източници на електромагнитни вълни:
– Определение: Източници на
електромагнитни вълни са движещите
се с ускорение електрични заряди.
3) Свойства на електромагнитните вълни:
– Електромагнитните вълни пренасят
електромагнитната енергия на
принудени високочестотни
електромагнитни трептения далаче от
своя източник чрез бягащи вълни.
Електромагнитните вълни се
разпространяват в околното
пространство, без в него да има
веществена среда (т.е. те могат да се
разпространяват и във вакуум).
– Електромагнитните вълни са напречни
хармонични вълни. (Измененията на
електричното и магнитното поле се
извършват в две
взаимноперпендикулярни равнини,
които се пресичат в права линия. По
Закони, формули и зависимости:
1) Зависимост:
Електромагнитните вълни се
разпространяват във вакуум със
скоростта на светлината.
2) Формула за скоростта на
електромагнитните вълни във
вакуум:
c
m
 3.108  
 0 0
s
1
(  0 е диелектричната
проницаемост на вакуума,
0
магнитната проницаемост на
вакуума);
е
15
–
–
тази права се разпространява
електромагнитната вълна.)
Електромагнитната вълна с определена
дължина на вълната се нарича
монохроматична. (На нея отговаря
определена честота, чиято стойност не
се изменя по време на разпространение
на вълната.)
Излъчване и разпространение на електромагнитните вълни:
Процеси и явления:
1) Модулация:
– Определение:
процес чрез който
се въздейства върху
радиовълните;
(Модулацията се
осъществява, като
чрез напрежение с
ниска звукова
честота се
въздейства върху
напрежение с
радиочестота. Ако
това въздействие е
върху амплитудата
на радиочестотното
напрежение,
модулацията е
амплитудна. Ако,
при въздействието,
се променя
честотата,
модулацията е
честотна.)
2) Амплитудна
демодулация
(детекция):
– Определение:
“обратен” процес на
амплитудната
модулация;
3) Честотна
демодулация
(детекция):
– Определение:
“обратен” процес на
честотната
модулация;
Понятия и величини:
1) Радиосигнали:
– Определение: Излъчените вълни се
наричат амплитудно (или честотно)
модулирани радиосигнали.
2) Радиопредавател:
– Определение: устройство, подредством
което се осъществява процесът на
модулация и излъчване на
радиовълните;
3) Блокове на радиопредавателя:
– генератор на високочестотни трептения
в радиодиапазона от честоти;
– модулатор;
– блок за говор и музика;
– мощен усилвател на предавателя;
4) Радиочестотни обхвати:
– ДВ (дълги вълни, f < 300 kHz и λ > 1
km): радиовълните се разпространяват
като приземни;
– СВ (средни вълни, f ≈ 1600 kHz и λ ~
няколкостотин метра): радиовълните се
разпространяват и като приземни, и
като отразени от йоносферата;
– КВ (къси вълни, λ ~ десетки метри):
след многократно отражение от
йоносферата, радиовълните се
разпространяват на десетки хиляди
километри разстояние;
– УКВ (ултракъси вълни, f < 100 MHz):
вълните почти не се отразяват от
йоносферата и затова се използват за
предаване на информация като
приземни вълни; обхватът им на
приемане се разширява чрез
ретранслатори; качеството на приемане
е високо, тъй като се използва честотна
модулация;
5) Микровълни:
– Определение: електромагнитни вълни с
8
Закони, формули и зависимости:
–
12
честоти от 10 Hz до 10 Hz ;
6) Радиолокатор:
– Определение: устройство, работещо в
обхвата на микровълните, което
излъчва насочен сноп от
електромагнитни вълни и регистрира
отразените от обект, който може да е
автомобил, самолет и др.;
–
Радио и телевизия:
Процеси и явления:
Понятия и величини:
Закони, формули и зависимости:
16
–
1) Радиоприемник:
– Определение: приемно устройство,
което трябва да отдели
информационния сигнал със звукова
честота от носещата го
електромагнитна вълна;
2) Блокове на радиоприемника:
– входен кръг;
– местен осцилатор (хетеродин);
– смесител;
– МЧУ (междинно-честотен усилвател);
– ДМ (демодулатор);
– НЧУ (ниско-честотен усилвател);
– ВГ (високоговорител);
3) Характеристики на радиоприемника:
– чувствителност (способност да улавя
сигналите на слаби или далечни
радиопредаватели);
– избирателност (способност да отделя
два радиопредавателя с близки
честоти);
4) Телевизионен сигнал:
– Телевизионният сигнал, излъчван от
предавател, съдържа информация както
за цветността и яркостта на образа, така
и за началото на всеки ред и кадър.
Телевизионният сигнал носи
информация и за говора и музиката.
5) Кадър:
– Предаването на сигналите започва от
участъка в горния ляв ъгъл на камерата
и продължава по редове до последния
участък в долния десен ъгъл,
образувайки един кадър. За 1 s се
предават 25 кадъра, всеки от които
съдържа 625 реда, или общо 15 625
реда.
–
17
2. Решаване на задачи в раздел Трептения
и вълни:
1.1. Цел на решаване на задачи:
Посредством решаване на задачи, се затвърждават знанията на учениците и се
изграждат умения за прилагане на изучаваните явления и зависимости. Учебното
съдържание дава възможност за подбор на разнообразни задачи. Добре е да се започне с
решаване на задачи, чрез които да се активизира мисловната дейност на учениците. При
решаването на задачи, важен момент е анализът на условието, което е предпоставка за
достигане до правилен отговор.
За задачи, свързани с вълни, трябва да се познават добре връзките между
величините, които характеризират вълните, и разликата между тях и величините при
механичните трептения. Когато се решават задачи за бягащи вълни, трябва да се прави
разлика между величините скорост на трептене на частицата на средата и скорост на
разпространение на вълната.
При задачите от раздел Трептения и вълни, се използват вече изведените физични
зависимости, като се прилагат в някои конкретни решения. При числените пресмятания,
се заместват както стойностите на величините, така и техните измерения, а с мерните
единици се работи като с общи числа. Така в крайното решение се получава не само
стойността, но и мерната единица за търсената величина. Ако получената мерна единица
не съответства на величината, в решението е допусната грешка.
1.2. Физични зависимости при решаване на
задачи:
Хармонични трептения:
F  kx - връщаща сила, x – отклонение, k – коефициент на еластичност;
a
kx
- ускорение на трептящо тяло с маса m и отклонение x;
m
amax 
kA
- максимално ускорение (по големина);
m
v max  A
k
- максимална скорост на преминаване на тяло през равновесното положение;
m
E  E p  Ek 
kx2 mv 2 kA2
- закон за запазване на механичната енергия на трептене;


2
2
2
Ep 
kx2
- потенциална енергия на деформирана пружина;
2
Ek 
mv 2
- кинетична енергия на трептящо тяло;
2
T  2
m
- период на пружинно махало;
k
18
1
2
0 
T  2
k
- собствена честота на пружинно махало;
m
l
- период на математично махало;
g
При    0 , настъпва резонанс, където  е честотата на външната периодична сила, а  0 е
собствената честота на трептящата система.
Механични хармонични вълни:
v   - скорост на разпространение на хармонична механична вълна;
I
E
- интензитет на бягаща вълна;
St
I max - горен праг на чуване на звукови вълни;
 - дължина на бягаща хармонична вълна;
 - честота на бягаща хармонична вълна;
A - амплитуда на вълната;
Електромагнитни трептения:
1
f0 
2 LC
- формула на Томсън (формула за честотата на собствените трептения на
идеален електрически трептящ кръг);
T
1
- формула за периода на собствените трептения на идеален електрически трептящ
f0
кръг;
При f  f 0 , настъпва резонанс, където f е честотата на външното ЕДН, а f 0 е честотата
на собствените трептения на идеален електрически трептящ кръг.
1.3. Примерни задачи (условия и решения):
1) Задача:
Към вертикална пружина е окачен товар с маса 0,5 kg, който я удължава с
0,25 m. Пружината допълнително е удължена с още 0,2 m от равновесното положение и е
пусната. Изчислете: а) коефициента на еластичност на пружината k; б) амплитудата на
трептене A; в) максималната скорост v max ; г) максималното ускорение a max ; д) периода и
честотата на хармоничните трептения T,ν;
Дадено:
m = 0,5 kg; x1 = 0,25 m; x2 = 0,2 m;
Търси се:
k ; A ; v max ; a max ; T ; ;
Решение:
а) Системата пружина-тяло се намира в равновесно положение при
разтегната пружина на разстояние x1 . Тогава силата на тежестта на тялото G  mg и
19
еластичната сила Fел  kx1 са уравновесени. Fел  G  0 , т.е.  kx1  mg  0 . Оттук
0,5kg.9,8m / s 2
 19,6 N / m .
0,25m
б) Тъй като пружината е разтегната допълнително с x2 от равновесно
положение и пусната, то x2 е амплитудата на трептене A , т.е. A  x2  0,2m .
в) За да определим максималната скорост на движение на тялото v max ,
ще използваме условието за запазване на механичната енергия
kx2 mv 2 kA2
на трептящата система пружина-тяло. Тялото преминава с
E  E p  Ek 


2
2
2
максимална скорост през равновесното положение, потенциалната енергия на
деформираната пружина е нула, E p  0 , защото тя не е разтегната. Кинетичната енергия
следва, че kx1  mg и k  mg / x1 . Пресмятаме k 
на движение на трептящото тяло е максимална, Ek  Emax .
2
mv max
kA2

. Оттук получаваме, че
2
2
k
19,6 N / m
A
 0,2m
 1,26m / s .
m
0,5kg
E  E p  Ek  0  Ek max 
v max
г) Максималното ускорение a max ще намерим, като използваме факта,
че връщащата сила Fел е най-голяма при максимално отклонение на тялото от
равновесното положение. В този случай, на тялото действа само връщаща сила F  Fел , а
от втория закон на динамиката знаем, че F  ma . Оттук получаваме,че ma max  kA , т.е.
N
19,6 .0,2m
m
a max  kA / m 
 7,84m / s 2 .
0,5kg
д) Периодът T и честотата  на пружинното махало изчисляваме от:
0,5kg
1
T  2 m k  2.3,14
 1s , така че    1Hz .
T
19,6 N / m
2) Задача:
Вертикално пружинно махало се състои от пружина с коефициент на
еластичност k  15N / m и тяло с маса m  0,3kg . Определете: а) пълната механична
енергия на махалото; б) скоростта на тялото, когато то се намира на разстояние 0,05 m от
равновесното положение; в) потенциалната енергия на деформация на пружината и
кинетичната енергия на движение, когато тялото се намира на половин амплитуда от
равновесното положение ( x  A / 2 );
m  0,3kg ; k  15N / m ; A  0,2m ;
Дадено:
E ; v ; E p ; Ek ;
Търси се:
Решение:
а) Пълната механична енергия на трептящата система пружина-тяло е
постоянна величина и се определя само от амплитудата на незатихващите трептения, за
N
2
15 .0,2m 
които става дума тук, т.е. E  kA2 / 2  m
 0,3J .
2
б) Скоростта на тялото v ще определим отново от закона за запазване
на механичната енергия. В този случай, пружината е разтегната на разстояние 0,05 m от
равновесното положение и притежава потенциална енергия на деформация E p  kx2 / 2 .
Тялото се движи със скорост v и притежава кинетична енергия на движение Ek  mv 2 / 2 .
20
Тогава за скоростта v се получава
k 2
15 N / m
v
( A  x2 ) 
[(0,2m) 2  (0,05m) 2 ]  0,625m / s .
m
0,3kg
в) Потенциалната енергия на деформиранат пружина намираме от
2
E p  kx / 2 . При x  A / 2 , E p  kA2 / 8 . Кинетичната енергия на движение на тялото
Ek  mv 2 / 2 определяме от закона за запазване на механичната енергия на трептящата
Ek  E  E p  kA2 / 2  kA2 / 8  3kA2 / 8 ;
система:
Ek  0,225J ;
E p  (15N / m).(0,2m) / 8  0,075J ;
3) Задача:
Хвърляте камък в спокойно езеро и наблюдавате движенията на малко
перце върху водата. Перцето трепти вертикално и извършва 10 трептения за 5 секунди.
Колко ще бъде скоростта на разпространение на водната вълна, ако разстоянието между
два съседни гребена е 1 m?
Дадено:
N  10 ; t  5s ;   1m ;
Търси се:
v?
Решение: Използваме зависимостта v   . Честотата  на трептене на перцето
е равна на честотата на разпространение на водната вълна. По определение,  е броят на
трептенията за единица време:   N / t , откъдето v  N / t . Намираме, че
v  1m.10 / 5s  2m / s .
4) Задача:
Пресметнете енергията, която внася звуковата вълна от уличното
движение за 1 час през отворен прозорец с размери 2 x 2,5m при интензитет на вълната
I  5.10 4 W / m 2 .
Дадено:
t  1h ; S  5m 2 ; I  5.10 4 W / m 2 ;
Търси се:
E?
E
Решение: По определение, I  . Оттук намираме E  ISt . Определяме колко е
St
времето в секунди: t  1h  3600s . Намираме E  5.10 -4 W / m 2 .5m 2 .3600s  9 J .
5) Задача:
Наблюдател чува звука от оръдеен изстрел 20s след произвеждане на
изстрела. Определете разстоянието между наблюдателя и оръдието, ако температурата на
въздуха е 25o C , а между скоростта на звука и температурата на въздуха съществува
следната зависимост: v  331,6  0,6t o m / s , където t o е температурата на въздуха в
Целзиеви градуси, а 331,6m / s е скоростта на звука при 0 o C . Времето t  20s ,
температурата на въздуха t o  25o C .
Дадено:
t  20s ; t o  25o C ; S  5m 2 ; I  5.10 4 W / m 2 ;
Търси се:
Разстоянието s  ?
Решение: От зависимостта между скоростта на звука и температурата на въздуха
намираме v  331,6  0,6.25  346,6m / s . За време t  20s звукът ще измине разстояние
s  346,6.20  6932m , т.е. оръдието се намира на разстояние почти 7km от наблюдателя.
6) Задача:
В трептящ кръг кондензаторът е с капацитет C  1F и настъпва
резонанс при f 0  400kHz . Каква е стойността на индуктивността на намотката?
C  1F ; f 0  400kHz ;
Дадено:
Търси се:
Индуктивността L  ?
2
21
Решение:
От
формулата
на
Томсън
f0 
1
2 LC
следва,
че
1
1
1
 1 


 0,16H
2
2 2
2
2
6
6 
2f 0  C 4 f 0 C 4(3,14) (400) .10 .1.10  Hz 2 F 
7) Задача:
В какви граници трябва да се изменя индуктивността на намотката на
трептящ кръг, чиято собствена честота се мени от 500kHz до 600kHz ? Капацитетът на
кондензатора е 10 F .
C  10 F ; f 01  500kHz ; f 02  600kHz ;
Дадено:
Търси се:
Индуктивността L  ?
1
Решение:
От формулата на Томсън f 0 
следва, че
2 LC
1
1
1
 1 
L1 


 10mH
2
2 2
2
2
6
6 
2f 01  C 4 f 01C 4(3,14) (500) .10 .10.10  Hz 2 F 
1
1
1
 1 
L2 


 7mH
2
2 2
2
2
6
6 
2f 02  C 4 f 02C 4(3,14) (600) .10 .10.10  Hz 2 F 
L  от 10 mH до 7 mH
L
22
3. Указания за извършване на физичен
практикум по раздел Трептения и вълни:
Лабораторните упражнения се подбират върху основни теми от учебното
съдържание, съобразено с наличната материална база. Чрез тях се развиват уменията
за експериментална работа при спазване на правилата за безопасност.
За всяко лабораторно упражнение учениците съставят кратък протокол. В него те
отбелязват заглавието, задачите, основните формули, резултатите и изводите, като правят
и чертеж на опитната постановка. Вниманието следва да се насочи към записване и
обработване на резултатите, интерпретацията им, сравнение на получените резултати с
табличните, посочване на причините, които водят до грешки. Учениците трябва да
разберат, че всички експериментални резултати са приблизителни, независимо от
точността, с която се работи. Особено внимание е необходимо да се обърне на графичното
представяне на резултатите, като графиките се построяват в подходящ мащаб.
За всяко лабораторно упражнение се дават кратки указания за неговото изпълнение
и конкретни резултати от предварително извършени от учител опити като база за
сравнение.
Лаб. упражнение №1: Определяне на земното ускорение с махало
Лаб. упражнение №2: Определяне на периода на трептене на пружинно махало
Лаб. упражнение №3: Определяне на скоростта на звука във въздух
Лаб. упражнение №4: Работа с електронен осцилоскоп и изучаване на
разпространението на електромагнитни вълни
Видовете учебен експеримент (според съдържанието) са следните:
- за измерване на дадена физична величина;
- за запознаване с устройствто на даден уред за градуиране на скáла;
- за достигане до или за потвърждаване на даден закон;
- за запознаване с някои исторически опити;
- за изчисляване на някои константи;
- за изучаване и онагледяване на някои явления;
При извършването на даден експеримент, се изпълнява следният стандартен план:
1) цел;
2) формулиране на хипатеза (+ аналогии);
3) подготовка за експеримента:
- набелязване на последователността от измервания;
- подготвяне на необходимите уреди;
- запознаване с конкретните дадени и търсени величини;
- представяне на информация (таблично, графично, словесно);
4) извършване на измерванията и на наблюденията в експеримента;
5) обработка на експерименталните данни;
6) изводи;
23
4. Обобщителен урок (преговор на раздел
Трептения и вълни):
4.1. Насоки:
В цялостната система от знания по физика, този урок обобщава изучените въпроси
върху трептенията и вълните, които притежават различна физична природа. Така, от една
страна, ще се открият общите закономерности, описващи всички тези явления, а от друга
– тяхното многообразие в заобикалящия ни свят. С това се развива способността на
учениците да обобщават и се подчертава идеята за единството на материалния свят и за
съществуването на общи закони за физични явления с различна природа.
В кръга от физични явления, чието описание почива на едни и същи
закономерности, се включват, по реда на изучаването им, механичните трептения и вълни
(в това число звуковите), електромагнитните трептения и вълните от радиодиапазона.
Съпоставянето на изброените физични явления върху единна основа разкрива
възможност за тяхното интерпретиране от по-нови позиции. Така вълновото движение се
представя като качествено различна форма на движение на материята, отличаваща се от
механичното движение на телата по участието на множество частици на средата, в която
се разпространява.
Наред със споменатите важни моменти, тук трябва да се обърне внимание и върху
тези страни от изученото, които са перспективни във връзка с предстоящия за изучаване
материал и които ще бъдат използвани в нови съпоставки и обобщения.
При използването на аналогиите, се изисква по-голямо внимание, тъй като някои
формално-логически постановки могат до доведат до погрешни изводи. Уместно е да се
разглеждат върху принципно обща основа следните случаи:
1) предизвикване на собствени трептения на махало и в трептящ кръг чрез
еднократно внасяне на енергия;
2) извършване на принудени трептения на махало и в електрическа верига, при
периодично внасяне на енергия (Така протичането на променлив ток в произволна верига,
под действие на външно ЕДН, се окачествява като принудено трептене.);
3) получаване на резонанс при махало (или при произволно трептящо тяло) и във
верига, съдържаща реактивно съпротивление, когато е налице условието    0 ;
4) излъчване на механични вълни от механичен вибратор (източник на вълни) и на
елетромагнитни вълни от електрически вибратор (антена);
5) разпространение на трептенията във веществото и разпространение на
променливото елекромагнитно поле – вълнови процеси (При това, за електромагнитните
вълни липсва изискването за предварително наличие на материална среда, за разлика от
механичните вълни.);
6) монохроматичност на механичните и на електромагнитните вълни, излъчени от
вибратор, който трепти хармонично;
4.2. Примерен план:
Един примерен план за учителя, от който той може да се ръководи при
провеждането на преговора по темата, е следният:
1) Енергетична картина на собствените трептения на махало (механични трептения)
и на затворен трептящ кръг (електромагнитни трептения). Взаимни превръщания на
кинетична и потенциална енергия при махалото, на енергията на електричното поле и на
енергията на магнитното поле в трептящия кръг.
24
2) Синусов характер на свободните трептения на махало и на трептящ кръг.
l
T  2 LC . Графично и
Параметри l и g . L и C , и зависимости T  2
и
g
аналитично представяне на зависимостите.
3) Принудени трептения и резонанс:
а) при механична система;
б) в електрическа енергия;
4) Излъчване на вълни; източници (механични и електрически вибратори);
мощност на източниците;
5) Разпространение на хармонични вълни (пространствени – общ случай,
повърхнинни, линейни):
а) като процес на предаване на трептенето от частица на частица в средата (при
механичните вълни);
б) като процес на взаимни възбуждания на електрично и магнитно поле (при
електромагнитните вълни);
в) като процес на пренасяне на енергия;
6) Принцип на суперпозицията. Независимост при разпространението на отделните
вълни в обща пространствена област.
7) Явления, характерни при разпространение на вълните:
а) отражение (на границата на две среди);
б) интерференция;
(При разглеждане на преговорната тема, е добре на съответните места да се
направят и някои нови за учениците демонстрации.)
Забележка:
По-нататъшно конкретизиране на плана на урока би довело до нежелано
шаблонизиране на работата на учителя и до ограничаване на възможността му за
творчески подход в учебната работа.
25
Литература:
Вацкичев, Л.П, М.С. Вацкичева. Физика и астрономия за 9 клас – задължителна
подготовка. Регалия 6, С., 2002.
Попов, Х.Д., Н.С. Николов, И.Й. Лалов, Б.М. Попов, А.К. Мечкуевски.
Ръководство за учителя по физика за 10 клас на ЕСПУ. ДИ Народна просвета, С., 1982.
Станев, С.С., Д.Т. Иванов, Е.С. Илиева, Х.Д. Попов, В.Д. Караиванов, Ц.К.
Попов. Книга за учителя и тестове по физика и астрономия за 9 клас. Просвета, С., 2001.
Скачать