Научно-методический анализ темы 

«Механические колебания и волны» 

из раздела курса физики 11 класса «Колебания и волны»

Тема «Механические колебания и волны» относится к разделу физики «Колебания и волны», изучаемому в 11 классе. 

Содержание раздела «Колебания и волны»: 

-   Свободные колебания.

-   Гармонические колебания.

-   Затухающие и вынужденные колебания. Резонанс.

-   Волновые явления. Характеристики волны.

-   Звуковые волны.

-   Интерференция, дифракция и поляризация механических волн. 

Общее количество часов, которое отводится для изучения данного раздела, составляет 6 ч. 

Колебаниями называются движения или процессы, обладающие свойством повторяемости во времени.

Механические колебания – это движения, которые точно или приблизительно повторяются через определенные интервалы времени. 

Силы, действующие между телами системы, называют внутренними. Внешними силами называют силы, действующие на тела системы со стороны тел, не входящих в неё. 

Свободными колебаниями называются колебания в системе под действием внутренних сил, после того как система выведена из положения равновесия и предоставлена затем самой себе. 

Математический маятник – это материальная точка, подвешенная на идеальной (невесомой и нерастяжимой) нити. Иными словами, это модель обычного (реального) маятника. 

Ускорение – вторая производная координаты по времени. 

Координата тела, совершающего свободные колебания, меняется с течением времени по формуле синуса или косинуса. 

Гармоническими колебаниями называются периодические изменения физической величины в зависимости от времени, происходящие по формуле синуса или косинуса. Такие колебания являются незатухающими. 

Уравнение изменения координаты точки со временем по формуле

x  x^m cos(⁰t) косинуса или синуса: 

x  x_m sin(₀t)

Амплитудой гармонических колебаний называется модуль наибольшего смещения тела от положения равновесия. Амплитуда определяется энергией, сообщаемой телу. 

Промежуток времени, за который система совершает одно полное колебание, называется периодом Т колебаний. 

Частота  колебаний – число колебаний в единицу времени, например за секунду. 

Величина ₀ - циклическая, или круговая, частота колебаний. 

Собственной частотой колебательной системы называют частоту свободных колебаний.

Период колебаний пружинного маятника T 

Период колебаний математического маятника T  2

Величину , стоящую под знаком функции косинуса или синуса, называют фазой колебаний, описываемых этой функцией. 

Полная механическая энергия изолированной системы, в которой отсутствуют силы сопротивления, сохраняется (согласно закону сохранения механической энергии) неизменной: W=const.

Основные характеристики гармонических колебаний

Колебания при наличии сил сопротивления являются затухающими.

Вынужденными называются колебания, происходящие под действием внешней периодической силы.

При установившихся вынужденных колебаниях частота колебаний всегда равна частоте внешней периодически действующей силы.

Резкое возрастание амплитуды вынужденных колебаний при совпадении частоты изменения внешней силы, действующей на систему, с частотой её свободных колебаний называется резонансом, что в переводе с латинского означает дающий отзвук. 

Процесс распространения колебаний в пространстве с течением времени называется волновым процессом. 

Последовательное возникновение колебаний в точках, удаленных от источника, называется волной. 

Волны, у которых колебания частиц совершаются в направлении, перпендикулярном направлению распространения волны, называются поперечными, которые возникают в твердых телах. 

Волны, у которых колебания частиц совершаются вдоль направления распространения волны, называются продольными, которые могут распространяться во всех упругих средах, то есть в твердых телах, жидкостях и газах. 

Длиной волны называется кратчайшее расстояние между точками, колеблющимися в одинаковых фазах. Длина волны – это расстояние, на которое распространяется волна за время, равное одному периоду колебаний. 

Поверхность равной фазы называется волновой поверхностью. 

Плоской волной называется волна, у которой волновая поверхность – плоскость. 

x

Уравнение плоской бегущей волны: s  s_m sin((t  )) 



Линия, нормальная к волновой поверхности, называется лучом, который указывает направление, в котором волна переносит энергию. 

Фронтом волны называется геометрическое место точек, до которых дошли возмущения в данный момент времени. 

Колебания, воспринимаемые ухом человека в виде звука, называются акустическими. Частота звуковых колебаний лежит в пределах от 17 до 20 000 Гц. 

Интерференцией называется явление наложения в пространстве волн с образованием устойчивой во времени картины максимумов и минимумов амплитуды колебаний частиц среды. 

Амплитуда колебаний частиц среды в данной точке максимальна, если разность хода двух волн, возбуждающих колебаний в этой точке, равна целому числу длин волн: d k,  где k = 0,1,2,…

Амплитуда колебаний частиц среды в данной точке минимальна, если разность хода двух волн, возбуждающих колебания в этой точке, равна

 нечетному числу полуволн: d (2k1)     , где k = 0,1,2,… 

2

На поверхности воды возникает определенное, неизменное во времени распределение амплитуд колебаний, которое называют интерференционной картиной. 

Источники, которые имеют одинаковую частоту и колебания которых имеют постоянную во времени разность фаз, называются когерентными. 

Для образования интерференционной картины необходимо, чтобы источники волн были когерентными. 

Сравнение стоячей и бегущей волн

Частоты, при которых возникают стоячие волны, называются собственными или резонансными частотами. 

Акустическим резонансом называется явление возрастания амплитуды звуковой волны в системе при приближении частоты источника, возбуждающего в ней колебания, к собственной частоте колебаний системы. 

Отклонение от прямолинейного распространения волн, или огибание волнами препятствий, называется дифракцией. 

Плоскополяризованной волной называется волна, при распространении которой колебания частиц происходят в одной плоскости.  

Знания и виды деятельности, подлежащие усвоению