Система учебного эксперимента по теме "Механические колебания и волны"

№

Физическое суждение

Принципиальная схема

Описание

1.

При колебательном движении потенциальная энергия превращается в кинетическую энергию и обратно.

Подвесьте груз массой 100г на резиновый шнур, отклоните от первоначального положения на некоторый угол и отпустите. Такой же эксперимент проделайте с шариком диаметром 25 мм, подвешенный на нити.

2.

Период колебаний математического маятника зависит от длины нити.

Определите период колебаний маятника длиной 1м по формуле

t

T   . Уменьшите длину в 2

N

раза, определите период колебаний. 

3.

Период колебаний пружинного маятника зависит от массы тела.

Определите период колебаний маятника длиной массой 100г по

t

формуле T   . Взяв груз

N

массой 50г, определите период колебаний.

4.

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

Возьмем волновую машину и продемонстрируем поперечную волну. Она представляет движущиеся гребни и впадины. Обратите внимание на то, что частицы вещества, образующие волну, не перемещаются воль волны, вдоль волны происходит перемещение энергии.

5.

Волны, у которых колебания частиц совершаются вдоль направления распространения волны, называются продольными.

Возьмем волновую машину и продемонстрируем продольную волну. Она представляет движущиеся разрежения и сгущения. Обратите внимание на то, что частицы вещества, образующие волну, не перемещаются вдоль волны, а

колеблются около положения равновесия. Вдоль поперечной волны, так же как и в продольной волне, происходит только перемещение энергии.

6.

На поверхности воды в волновой ванне возникнет интерференционная картина, состоящая из интерференционных максимумов и минимумов.

Возьмем волновую ванну с водой. Поместим в нее вибратор с двумя вертикальными штырьками, направленными вниз. Стержень вибратора (слева) прикрепим к электромагниту, который будет питаться от звукового генератора. Установим частоту генератора 20 Гц и подадим питание на электромагнит, к которому подсоединен вибратор.

7.

Амплитуда колебаний частиц среды в данной точке максимальна, если разность хода двух волн, возбуждающих колебания в этой точке, равна четному числу полуволн.

Если мы бросим в воду два камня, образовав тем самым две круговые волны, то можно будет заметить, что каждая волна проходит сквозь другую и ведет себя в дальнейшем так, как будто другой волны совсем не существовало. 

Если две волны встречаются в одном месте своими гребнями, то в этом месте возмущение поверхности воды усиливается – возникает интерференционный максимум.

8. 

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

Если гребень одной волны встречается с впадиной другой, то поверхность воды не будет возмущена – возникает интерференционный минимум.

9.

Дифракция состоит в огибании волнами встреченных препятствий или в захождении волн в область геометрической тени.

Возьмем волновую ванну с водой. Поместим в нее вибратор в виде плоской пластины для образования плоской волны. Стержень вибратора (слева) прикрепим к электромагниту, который будет питаться от звукового генератора. На некотором расстоянии от вибратора поставим пластину с отверстием, сравнимым с

длиной волны. Установим частоту генератора 20 Гц и подадим питание на электромагнит, к которому подсоединен вибратор. На поверхности воды в волновой ванне возникнет плоская волна. Когда плоская волна дойдет до преграды, каждая точка воды в отверстии, согласно принципу Гюйгенса, станет источником вторичных волн, и от этого промежутка будет распространяться круговая волна. Таким образом, происходит явление дифракции, и волна заходит в область тени.

10. 

Диапазон слышимости человеческого уха простирается от 16 до

20000 Гц.

Установим частоту генератора на частоту 20 Гц. Для этого множитель частоты установим на 1, а рукояткой «Частота плавно» установим на 20 Гц. Выход установим на 20 дб, а уровень громкости громкоговорителя выведем на максимум.  

Манипулируя ручками «Частота плавно» и «Множитель частоты», увеличим постепенно частоту колебаний звукового генератора до 20 кГц. При этом каждый слушатель определит свой диапазон слышимости звука по частоте.