Методическое пособие по физике на тему "Упругие волны"

ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НОВОСИБИРСКОЙ ОБЛАСТИ «КУПИНСКИЙ МЕДИЦИНСКИЙ ТЕХНИКУМ»                                                                          МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ Для самостоятельной работы студентов По дисциплине: ФИЗИКА Тема: «УПРУГИЕ ВОЛНЫ» Специальность: 34.02.01 Сестринское дело   Курс: 1 (базовой подготовки)   Купино 2018  Рассмотрено на заседании   предметной цикловой Методической комиссии по общеобразовательным дисциплинам,  общему гуманитарному и социально­экономическому, математическому и  естественно­научному циклу Протокол № _____ от «_____» _________20____г. Автор – составитель: преподаватель математики высшей категории  Тюменцева О.Н. Купино 2018 г Пояснительная записка к методическому пособию Методическое пособие предназначено для повторения теоретических и  практических знаний по теме. Цель пособия – повторить понятия: полупроводника, проводимостей чистых и примесных, примесей, диода и подготовиться к занятию по теме «Упругие  волны». Данное пособие рекомендовано для студентов первого курса специальности  34.02.01 Сестринское дело. Пособие содержит определения основных  понятий и законы по теме упругие волны, тест для самоконтроля, кроссворд и ключи к тесту и кроссворду. Пособие направлено на формирование навыков самостоятельной работы с  учебным материалом, формирование навыков решения задач, формирование и развитие творческого потенциала, повышение интереса к дисциплине. Возмущения, распространяющиеся в пространстве, удаляясь от места их  Упругие волны возникновения, называют волнами. Упругие волны — это возмущения, распространяющиеся в твердой, жидкой  и газообразной средах благодаря действию в них сил упругости. Сами эти среды называют упругими. Возмущение упругой среды — это  любое отклонение частиц этой среды от своего положения равновесия. Возьмем, например, длинную веревку (или резиновую трубку) и прикрепим  один из ее концов к стене. Туго натянув веревку, резким боковым движением  руки создадим на ее незакрепленном конце кратковременное возмущение. Мы  увидим, что это возмущение побежит вдоль веревки и, дойдя до стены,  отразится назад.  Начальное возмущение среды, приводящее к появлению в ней волны,  вызывается действием в ней какого­нибудь инородного тела, которое  называют источником волны. Это может быть рука человека, ударившего по  веревке, камешек, упавший в воду, и т. д. Если действие источника носит кратковременный характер, то в среде возникает так называемая одиночная  волна. Если же источник волны совершает длительное колебательное  движение, то волны в среде начинают идти одна за другой. Подобную картину  можно увидеть, поместив над ванной с водой вибрирующую пластину,  имеющую наконечник, опущенный в воду. Необходимым условием возникновения упругой волны является появление в  момент возникновения возмущения сил упругости, препятствующих этому  возмущению. Эти силы стремятся сблизить соседние частицы среды, если они  расходятся, и отдалить их, когда они сближаются. Действуя на все более  удаленные от источника частицы среды, силы упругости начинают выводить  их из положения равновесия. Постепенно все частицы среды одна за другой  вовлекаются в колебательное движение. Распространение этих колебаний и  проявляется в виде волны. В любой упругой среде одновременно существуют два вида движения:  колебания частиц среды и распространение возмущения. Волна, в которой  частицы среды колеблются вдоль направления ее распространения,  называется продольной, а волна, в которой частицы среды колеблются  поперек направления ее распространения, называется поперечной. Продольная волна. Волна, в которой колебания происходят вдоль направления распространения  волны, называется продольной. В упругой продольной волне возмущения представляют собой сжатия и  разрежения среды. Деформация сжатия сопровождается возникновением сил  упругости в любой среде. Поэтому продольные волны могут  распространяться во всех средах (и в жидких, и в твердых, и в газообразных).   Пример распространения продольной упругой волны изображен на  рисунке а и б выше. По левому концу длинной пружины, подвешенной на  нитях, ударяют рукой. От удара несколько витков сближаются, возникает  сила упругости, под действием которой эти витки начинают  расходиться. Продолжая движение по инерции, они будут продолжать расходиться, минуя положение равновесия и образуя в этом месте разрежение (рисунок б). При ритмичном воздействии витки на конце пружины будут то  сближаться, то отходить друг от друга, т. е. колебаться возле своего положе­ ния равновесия. Эти колебания постепенно передадутся от витка к витку  вдоль всей пружины. По пружине распространятся сгущения и разрежения  витков, или упругая волна. Волны, в которых колебания происходят перпендикулярно направлению их  Поперечная волна  распространения, называются поперечными. В поперечной упругой волне  возмущения представляют собой смещения (сдвиги) одних слоев среды  относительно других.   Деформация сдвига приводит к появлению сил упругости только в твердых  телах: сдвиг слоев в газах и жидкостях возникновением сил упругости не  сопровождается. Поэтому поперечные волны могут распространяться только  в твердых телах. Плоская волна  Плоская волна — это волна, у которой направление распространения  одинаково во всех точках пространства. В такой волне амплитуда не меняется со временем (по мере удаления от  источника). Получить такую волну можно, если большую пластину,  находящуюся в сплошной однородной упругой среде, заставить колебаться  перпендикулярно плоскости. Тогда все точки среды, примыкающей к  пластине, будут колебаться с одинаковыми амплитудами и одинаковыми  фазами. Распространяться эти колебания будут в виде воли в направлении  нормали к пластине, причем все частицы среды, лежащие в плоскостях,  параллельных пластине, будут колебаться с одинаковыми фазами. Геометрическое место точек, в которых фаза колебаний имеет одно и то же  значение, называется волновой поверхностью, или фронтом волны. С этой точки зрения плоской волне можно дать и следующее определение: Волна называется плоской, если ее волновые поверхности  представляют совокупность плоскостей,  параллельных друг другу.  Линия, нормальная к волновой  поверхности, называется лучом. Вдоль  лучей происходит перенос энергии  волны. Для плоских волн лучи — это параллельные прямые. Уравнение плоской синусоидальной волны имеет вид: s = sm sin [ω(t – x/v) + φ0], где s — смещение колеблющейся точки, sm — амплитуда колебаний, ω —  циклическая частота, t — время, х — текущая координата, v — скорость  распространения колебаний или скорость волны, φ0 — начальная фаза  колебаний. Сферическая волна  Сферической называется волна, волновые поверхности которой имеют вид  концентрических сфер. Центр этих сфер называется центром волны. Лучи в такой волне направлены вдоль радиусов, расходящихся от центра  волны. На рисунке источником волны является пульсирующая сфера. Амплитуда колебаний частиц в сферической волне  обязательно убывает по мере удаления от  источника. Энергия, излучаемая источником,  равномерно распределяется по поверхности сферы,  радиус которой непрерывно увеличивается по мере  распространения волны. Уравнение сферической  волны имеет вид:  В отличии от плоской волны, где sm = А ­ амплитуда волны постоянная величина, в сферической волне она убывает с расстоянием от центра волны. Ультразвук и его применение в медицине . Ультразвук представляет собой высокочастотные механические колебания  частиц твердой, жидкой или газообразной среды, неслышимые человеческим  ухом. Частота колебаний ультразвука выше 20 000 в секунду, т. е. выше  порога слышимости. Для лечебных целей применяется ультразвук с частотой от 800 000 до 3 000  000 колебаний в секунду. Для генерирования ультразвука используются  устройства, называемые ультразвуковыми излучателями. Наибольшее распространение получили электромеханические излучатели.  Применение ультразвука в медицине связано с особенностями его  распространения и характерными свойствами. По физической природе  ультразвук, как и звук, является механической (упругой) волной. Однако  длина волны ультразвука существенно меньше длины звуковой волны. Чем  больше различные акустические сопротивления, тем сильнее отражение и  преломление ультразвука на границе разнородных сред. Отражение  ультразвуковых волн зависит от угла падения на зону воздействия – чем  больше угол падения, тем больше коэффициент отражения. В организме ультразвук частотой 800—1000 кГц распространяется на глубину 8—10 см, а при частоте 2500–3000 Гц – на 1,0–3,0 см. Ультразвук  поглощается тканями неравномерно: чем выше акустическая плотность, тем  меньше поглощение. На организм человека при проведении ультразвуковой терапии действуют три  фактора: 1) механический – вибрационный микромассаж клеток и тканей; 2) тепловой – повышение температуры тканей и проницаемости клеточных  оболочек; 3) физико­химический – стимуляция тканевого обмена и процессов  регенерации. Биологическое действие ультразвука зависит от его дозы, которая может быть для тканей стимулирующей, угнетающей или даже разрушающей. Наиболее  адекватными для лечебно­профилактических воздействий являются  небольшие дозировки ультразвука (до 1,2 Вт/см2), особенно в импульсном режиме. Они способны оказывать болеутоляющее, антисептическое  (противомикробное), сосудорасширяющее, рассасывающее,  противовоспалительное, десенсибилизирующее (противоаллергическое)  действие. В физиотерапевтической практике используются преимущественно  отечественные аппараты трех серий: УЗТ­1, УЗТ­2, УЗТ­3. Ультразвук не применяется на область мозга, шейных позвонков, костные  выступы, области растущих костей, ткани с выраженным нарушением  кровообращения, на живот при беременности, мошонку. С осторожностью  ультразвук применяют на область сердца, эндокринные органы. Различают непрерывный и импульсный ультразвук. Непрерывным  ультразвуком принято называть непрерывный поток ультразвуковых волн.  Этот вид излучения используется главным образом для воздействия на мягкие ткани и суставы. Импульсный ультразвук представляет собой прерывистое  излучение, т. е. ультразвук посылается отдельными импульсами через  определенные промежутки времени. 1. Механические волны ­ это..  Тест по теме Упругие волны А. Колебание маятника. Б. Периодически повторяющийся процесс. В. Колебание, которое распространяется в упругой среде. 2. Звуковая волна — это... А. Волна, распространяющаяся в пространстве с частотой от 16 Гц до 20 кГц. Б. Волна, распространяющаяся в пространстве с частотой меньше 16 Гц. В. Волна, распространяющаяся с частотой больше 20 кГц. 3. Максимальное отклонение тела от положения равновесия  называется ... А. Амплитуда.    Б. Cмещение.  В. Период. 4. Какое из перечисленных ниже волн не являются механическими? А. Волны в воде. Б. Звуковые волны. В. Волны в шнуре. 5. Найдите скорость распространения звука в материале, в котором  колебания с периодом 0,01 с вызывают звуковую волну, имеющую длину  10 м. А. 1100 м/с Б. 1010 м/с В. 1000 м/с 6. В каких средах могут возникать продольные волны? А. В твердых.  Б. В газообразных.         В. В твердых, жидкостях и газообразных.  7. От чего зависит громкость звука? А. От частоты колебаний. Б. От амплитуды колебаний. В. От частоты и амплитуды. 8. С какой частотой колеблется источник волн, если длина волны 4м, а  скорость распространения 10м/ с? А. 2,5 Гц  Б. 0,4 Гц  В. 40 Гц. 9. Период свободных колебаний нитяного маятника зависит от... А. От массы груза. Б. От длины нити. В. От частоты колебаний. 10. Ультразвуковыми называются колебания, частота которых… А. Менее 20 Гц. Б. От 20 до 20 000 Гц. В. Превышает 20 000 Гц. 11. Может ли при распространении волны переноситься энергия и  вещество? А. Энергия ­ нет, вещество ­ да Б. Энергия ­ да, вещество ­ нет В. Энергия и вещество – да 12. Установите соответствие между физическими величинами и  формулами, по которым эти величины определяются. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию  второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими  буквами. ФИЗИЧЕСКИЕ  ВЕЛИЧИНЫ А) Частота колебаний Б) Длина волны В) Скорость  распространения волны ФОРМУЛЫ /Tλ 1)  2) v/ν 3) N/t 4) t/N  5) 1/ν А Б В     13.Сколько полных колебаний совершит материальная точка за 5 с, если  частота колебаний 440 Гц? А. 2200 Б. 220 В. 88 14. Охотник выстрелил, находясь на расстоянии 170 м от лесного  массива. Через сколько времени после выстрела охотник услышит эхо?  Скорость звука в воздухе 340 м/с. А. 0,5 с Б. 1 с В. 2 с 15.  Груз подвешенный к пружине совершает 10 колебаний в минуту.  Период колебаний груза равен А.10 с.                Б. 0,6с.                  В. 6с.                              Кроссворд по теме Упругие волны По горизонтали 1. Число колебаний за 1 ед. времени 3. Волны распространяющиеся в упругой среде 5. Явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний 6. Разность между мгновенным значением давления в данной точке среды при  прохождении через нее звуковых волн и атмосферным давлением в  отсутствии звуковых волн называется звуковое.. . 7. Что происходит с течением времени с  колебаниями, если в системе  действует сила трения 10. Звук, частота которого меньше 20 Гц  11. Колебание твердых тел 12. Как называется тело, подвешенное на нити или закрепленное на оси,  которое может совершать колебания под действием силы тяжести. 13. Вибрация, передающаяся через руки или ноги человека, а также через предплечья, контактирующая с вибрирующими поверхностями, называется.. .  вибрация 14. Колебания, амплитуда которых с течение времени не меняется 17. Существуют два вида волн, продольная и …  18. Максимальное значение смещения или изменения переменной величины от среднего значения при колебательном или волновом движении 19. Колебания происходящие в системе под действием внутренних сил, после  того как система выведена из положения равновесия и предоставлена затем  самой себе 20. Звук частотой от 20 кгц до 109гц 21. Периодические изменения во времени физической величины,  происходящие по закону синуса или косинуса, называются.. . колебаниями 22. Какие колебания с течением времени прекращаются 23. Какие силы всегда действуют на тела системы 24. Как называются колебания тел под действием внешних периодически  меняющихся сил По вертикали 2. Как называется отклонение  тела от положения равновесия 4. Повторяющийся в той или иной степени во времени процесс изменения  состояний системы около точки равновесия 8. Характеристика звука, определяемая энергией, переносимой звуковой  волной, зависящая от амплитуды колебаний 9. Один из типов маятника 15. Упругая волна в среде вызывающая у человека слуховые ощущения 16. Волна, возникающая при деформации растяжении или сжатии 17. Упорядочное направление колебаний частиц среды в волне Ответы к тесту Упругие волны 1 Б 2 А 3 А 4 Б 5 В 6 В 7 А 8 А 9 Б 10 В 11 Б 13 А 14 А 15 В 12 А­3 Б­2 В­1 Ответы к кроссворду Упругие волны 1. Мякишева   Г.Я.,   Быховцов   Б.Б.,   Сотский   Н.Н.   Физика.   10­11   класс Литература (базовый и профильный уровни)  М.: Просвещение,  2012 г  2. Яремкевич А.П. Физика. Задачник 10­11 класс. ­ М.: Дрофа, 2005 г.    1. http://vschool.km.ru ­ Виртуальный репетитор по физике. Интернет­ресурсы 2. http://archive.1september.ru ­  Газета “1 сентября”: материалы по  физике. Подборка публикаций по преподаванию физики в школе. Архив с 1997 г. 3. http://experiment.edu.ru ­ Физика: коллекция опытов 4. http://www.gomulina.orc.ru ­ Физика и астрономия: виртуальный  методический кабинет.