Никифорова Наталья Владиленовна Учитель физики высшей категории МБУ лицей №51

Никифорова Наталья Владиленовна
Учитель физики высшей категории
МБУ лицей №51
Брейн – ринг для 11-го класса по теме «Колебания и волны»
Цель: совершенствовать умение решать качественные задачи.
Задачи: сплочение коллектива, привитие навыка работы в команде,
привитие интереса к физике.
П р а в и л а игры:
Учащиеся заранее делятся на три команды, придумывают название
команды, выбирают капитана. Перед началом игры проводится жеребьевка.
Две команды играют в первом гейме, выигравшая команда играет с
оставшейся во втором гейме. Выигравшая во втором гейме команда победитель всей игры - награждается дипломом, все ее участники получают
пятерки по предмету.
В каждом гейме игра идет до шести очков. За каждый правильный ответ
на вопрос команда получает одно очко. Ведущий задает вопрос после
наступления тишины, спрашивает, ясен ли вопрос. Только после удара
молотка (можно использовать камертон) команда приступает к обсуждению
ответа.
Команда,
первой
нашедшая
ответ,
включает
лампу
(или
электрический звонок): обе команды прекращают обсуждение. Если первая
команда дает неверный ответ, у второй команды есть возможность ответить.
Включение лампы до разрешения приступить к обсуждению ответа
является фальстартом. У другой команды есть время для поиска ответа.
Если обе команды не находят верного ответа, в игре разыгрывается уже
два очка. А сам вопрос передается в зал. За правильное решение этих
вопросов зрители получают жетоны. Учащиеся, набравшие наибольшее
количество жетонов, получают пятерки по предмету.
Вопросы первого гейма:
1. Описывая свойства механических волн, мы различаем две скорости: 1)
скорость движения частиц среды и 2) скорость волны. Которая из этих
скоростей изменяется даже в однородной среде? (скорости частиц: они
совершают колебания)
2. Почему, если смотреть издали на марширующую группу
физкультурников, кажется, что они идут не в такт с музыкой? (Это
происходит от того, что мы видим, как физкультурники делают движение,
гораздо раньше, чем до нас доходит соответствующий движению такт
музыки.)
3. Воздух значительно хуже проводит звук, чем дерево или стекло.
Почему же тогда при закрытых дверях и окне шум с улицы или коридора в
комнате менее слышен? (Закрытые дверь и окно заглушают звуки потому,
что значительная часть звуковых волн, падающих на их поверхность,
отражается назад и количество энергии попадающей в комнату,
значительно уменьшается.)
4. Известно, что электрический ток это направленное движение зарядов.
Тогда катушка колебательного контура должна быть изготовлена из провода
с возможно меньшим сопротивлением, т.к. чем меньше сопротивление
катушки, тем медленнее затухают колебания в контуре. Однако встречаются
контурные катушки, сделанные из стеклянной трубки, покрытой сверху
тонким слоем серебра. Как же согласовать два положения, противоречащих
друг другу: во-первых стекло является хорошим изолятором, и, во-вторых,
катушки должны изготовляться из материала, обладающего наименьшим
сопротивлением? (Высокочастотные токи распространяются лишь по
поверхности проводника. Поэтому витки катушки передатчика и покрыты
снаружи серебром – одним из лучших проводников электрического тока. А
по внутренним частям проводника высокочастотный ток не течет,
поэтому дорогое и тяжелое серебро можно заменить стеклом.)
5. Через конденсатор с бумажным диэлектриком не проходит постоянный
ток. Если включить лампочку в цепь переменного тока через конденсатор, то
лампочка горит. Если же заменить бумажный диэлектрик лучшим
диэлектриком (стекло, фарфор) такой же толщины, то лампочка горит ярче.
Значит ли это, что переменный ток проходит через конденсатор тем легче,
чем лучшим изолятором является диэлектрик? (Ни постоянный, ни
переменный ток не проходит через конденсатор. Диэлектрик является
хорошей преградой на пути переменного и постоянного тока. При
замыкании цепи постоянного тока ток в ней будет течь столько времени,
сколько необходимо до полного заряда конденсатора. В цепи переменного
тока происходит периодически перезарядка конденсатора. Чем больше
емкость конденсатора, которая частично определяется родом
диэлектрика, тем больше зарядов потребляется для его перезарядки,
значит, тем больше будет ток в цепи.)
6. Направление переменного тока и величина напряжения все время
меняется от максимального значения до нуля и обратно. Почему же лампа
накаливания светит не мигая? (Лампа накаливания, питаемая переменным
током, светит не мигая вследствие так называемой «тепловой инерции». Ее
раскаленная нить не может отзываться на быстрые изменения
напряжения, число которых у переменного тока равно 100 циклам в секунду
(при 50-периодном переменном токе). Не успевая остывать за малые доли
секунды, нить излучает ровный свет.)
7. Почему в контуре, состоящем из катушки индуктивности и емкости,
колебания не прекращаются в тот момент, когда конденсатор разряжается
полностью. ( Когда конденсатор разряжается полностью, ток в контуре
достигает максимальной величины. К этому моменту достигает
максимального значения энергия магнитного поля, запасенная в катушке.
Наличие запаса этой энергии и служит причиной того, что процесс
разрядки конденсатора не прекращается. Дальнейшее изменение тока в
сторону его ослабления порождает ЭДС индукции такого направления, при
котором за счет уменьшения запасенной магнитной энергии
поддерживается величина и прежнее направление тока. В итоге этот
процесс приводит не только к исчезновению магнитной энергии, но и к
перезарядке обкладок конденсатора. Последнее состояние конденсатора не
является равновесным и начинается его разрядка в обратном направлении.)
8. Может ли трамвайный вагон, двигаясь, не только не потреблять
энергию, но и отдавать ее в сеть? (Трамвай может давать энергию в цепь,
но это бывает редко. Электромотор постоянного тока, применяемый в
трамвае, обратим, т.е. при вращении дает ток, как динамомашина. При
очень быстром вращении мотора, когда трамвай идет с горы, может
случиться, что напряжение, создаваемое им, станет больше, чем
напряжение в сети, и ток пойдет в сеть.)
9. Какова причина помех радиоприема от проходящего вблизи трамвая?
(Причиной радиопомех от проходящего вблизи трамвая является дуга,
возникающая в месте контакта с проводом, которая служит источником
радиошума (треска).)
10. Почему в кузове незагруженной автомашины (особенно над задними
колесами) тряска происходит с большой частотой и поэтому очень
утомительна (даже в том случае, если там устроено удобное сиденье)?
(Частота колебаний прямо пропорциональна величине √k/m (где kжесткость рессор, m-масса кузова). При малой массе кузова частота
колебаний большая.)
11. Допустим, что удалось создать такой колебательный контур, в
котором происходили бы незатухающие колебания без притока энергии
извне. В каких целях это изобретение могло бы найти применение? (Ни в
каких: по закону сохранения энергии эти колебания начинали бы затухать
при любых способах отвода энергии к потребителям.)
12. Крупный дождь можно отличить от мелкого по звуку, возникающему
при ударах капель о крышу. На чем основана такая возможность? (Крупные
капли ударяют с большей силой и возбуждают колебания большей
амплитуды. Поэтому от них прослушивается более громкий звук.)
13. Если возбужденный камертон поставить на его резонансный ящик,
громкость звучания резко увеличится. Не противоречит ли это закону
сохранения энергии? (Не противоречит. Увеличение громкости всегда
сопровождается отчетливо наблюдаемым сокращением времени звучания.
Значит, использование резонансного ящика увеличивает только мощность
излучаемого звукового потока, но не общую энергию, излучаемую за время до
полного затухания колебаний.)
Вопросы второго гейма:
1. Почему сердечники трансформаторов делают не сплошными, а из
тонких пластин, изолированных друг от друга? (Для уменьшения токов
Фуко, вихревых токов)
2. Как изменится частота электромагнитных колебаний в закрытом
колебательном контуре, если в катушку его ввести железный стержень? Если
увеличить расстояние между пластинами конденсатора?
3. Почему затруднена радиосвязь на коротких волнах в горной
местности? (короткие волны не огибают гор, за ними образуются зоны
молчания)
4. Почему радиолокационная установка должна посылать
радиосигналы в виде коротких импульсов, следующих через равные
промежутки времени друг за другом? (Чтобы можно было
зарегистрировать отраженный импульс.)
5. Почему устойчивый прием телевизионной передачи возможен
только в пределах прямой видимости? (Из-за отсутствия дифракции)
6. В каком случае электромагнитная волна передает максимум
энергии, расположенному на ее пути колебательному контуру? (Когда
колебательный контур настроен в резонанс с принимаемой
электромагнитной волной)
7. Можно ли осуществить радиосвязь между двумя подводными
лодками, находящимися на глубине в океане? (Нет, из-за поглощения
радиоволн водой)
8. Закрытый колебательный контур заменили открытым. Почему при
этом свободные электромагнитные колебания в контуре затухают быстрее?
(Увеличивается излучение энергии контуром)
9. Для какой цели в колебательный контур иногда включают катушку
переменной индуктивности или конденсатор переменной емкости? (Для
изменения частоты колебаний в контуре)
10. В летнее время качество радиоприема ниже, чем в зимнее (из
динамика чаще слышатся трески и шумы). Чем это можно объяснить?
(Летом учащаются грозы. Они являются источником радиоволн, которые
создают помехи радиоприему)
11. Почему в понижающем трансформаторе проводник первичной
обмотки тоньше, чем во вторичной, а в повышающем трансформаторе –
наоборот? (в понижающем трансформаторе ток во вторичной обмотке
больше, чем в первичной, поэтому для уменьшения джоулева тепла,
выделяющегося во вторичной катушке, берется провод большего сечения)
12. Могут ли в контуре, состоящем из конденсатора и активного
сопротивления, возникать свободные колебания? (Не могут, т.к. энергия
электрического поля конденсатора превращается в джоулево тепло)
13. Почему нагруженный трансформатор гудит? Какова частота звука
трансформатора включенного в сеть тока промышленной частоты? (сталь
при перемагничивании в местах неплотного соединения вибрирует. Частота
звука 100Гц)