Конспект урока Затухающие и вынужденные колебания .Резонанс

урока: 33
Тема: Затухающие и вынужденные колебания. Резонанс.
Цель урока: объяснить, почему большее значение имеют вынужденные колебания, а не свободные; как устанавливаются вынужденные колебания; когда наступает резкое возрастание амплитуды и возникает резонанс;
Задачи:
Образовательная – обеспечить знания учащимися понятия свободных и вынужденных колебаний; объяснить, значение вынужденных колебаний; установить происхождение вынужденных колебаний, возникновение резонанса.
Развивающая – развитие понятие применения и вреда приносимым резонансом в природе; развитие образного мышления колебательных процессов в природе; формировать умение работы с книгой.
Воспитывающая – воспитание сознательного и серьезного отношения к учебной дисциплине. Формирование взглядов на развитие природы колебательных процессов и связи с окружающим миром. Воспитание интереса к предмету
Тип урока: урок формирование новых знаний
Методы: словесный, лекция, демонстрационный, объяснительно-иллюстративный
Виды деятельности учащихся: работа с учебником, самостоятельная работа с учебником.

План урока:
Орг. момент (приветствие, проверка готовности к уроку, мотивация учебной деятельности, настрой учащихся).
Актуализация имеющих необходимых знаний.
Проверка домашнего задания методом индивидуального опроса.
Изучение новой темы.
Закрепление. Самостоятельная работа с учебником.
Дом задание § 28, упр. 23
Итоги урока. Организация рефлексии.
Ход урока:
Орг. момент (приветствие, проверка готовности к уроку, мотивация учебной деятельности, настрой учащихся).
Актуализация имеющих необходимых знаний.
Проверка домашнего задания методом индивидуального опроса.
Что называется механическими колебаниями? (Механическими колебаниями называют движения тела, повторяющиеся точно или приблизительно через одинаковые промежутки времени.)
Назовите основные характеристики механических колебаний (Основными характеристиками механических колебаний являются: смещение, амплитуда, частота, период.)
Что является смещением? (Смещение это отклонение тела от положения равновесия.)
Что называется амплитудой колебаний? (Амплитуда модуль максимального отклонения от положения равновесия.)
Что называется частотой колебания? (Частота число полных колебаний, совершаемых в единицу времени.)
Что называется периодом колебаний? (Период время одного полного колебания, т. е. минимальный промежуток времени, через который происходит повторение процесса.)
Как связаны между собой период и частота колебаний? (Период и частота связаны соотношением:
· = 1/Т)
Как происходит преобразование энергии в колебательных системах без трения?
Как силы сопротивления действуют на колеблющееся тело?
Какие колебания являются затухающими?





Изучение новой темы.
Внутренние свободные всегда затухающие силы.
Внешние вынужденные, приток Е в такт с колебаниями не дает затухать если невпопад эффекта нет!!!
Вынужденные колебания пружинного маятника.

Рассмотрим, как в колебательной системе, обладающей собственной частотой возникают и поддерживаются вынужденные колебания. Если вращать рукоятку установки, то на тело начнет действовать периодическая внешняя сила. Тело будет раскачиваться с увеличивающейся амплитудой. Через некоторое время, колебания будут иметь установившийся характер, амплитуда перестанет увеличиваться. Частота колебаний груза будет равна частоте вращения рукоятки (частоте изменения внешней силы).


Превращение энергии при механических колебаниях.
Рассмотрим процесс превращения энергии на примере колебаний груза на нити (рис 10).
При отклонении маятника от положения равновесия он поднимается на высоту h относительно нулевого уровня,








следовательно, в точке А маятник обладает потенциальной энергией mgh. При движении к положению равновесия, к точке О, уменьшается высота до нуля, а скорость груза увеличивается, и в точке О вся потенциальная энергия mgh превратится в кинетическую энергию m
·2/2. В положении равновесия кинетическая энергия имеет максимальное значение, а потенциальная энергия минимальна. После прохождения положения равновесия происходит превращение кинетической энергии в потенциальную, скорость маятника уменьшается и при максимальном отклонении от положения равновесия становится равной нулю. При колебательном движении всегда происходят периодические превращения его кинетической и потенциальной энергии.
При свободных механических колебаниях неизбежно происходит потеря энергии на преодоление сил сопротивления. Если колебания происходят под действием периодической внешней силы, то такие колебания называют вынужденными. Например, родители раскачивают ребенка на качелях, поршень движется в цилиндре двигателя автомобиля, колеблются нож электробритвы и игла швейной машины.
Характер вынужденных колебаний зависит от характера действия внешней силы, от ее величины, направления, частоты действия и не зависит от размеров и свойств колеблющегося тела. Например, фундамент мотора, на котором он закреплен, совершает вынужденные колебания с частотой, определяемой только числом оборотов мотора, и не зависит от размеров фундамента.
При совпадении частоты внешней силы и частоты собственных колебаний тела амплитуда вынужденных колебаний резко возрастает. Такое явление называют механическим резонансом. Графически зависимость амплитуды вынужденных колебаний от частоты действия внешней силы показана на рисунке 11.
При отсутствии трения амплитуда вынужденных колебаний при резонансе должна возрастать со временем неограниченно. В реальных системах амплитуда в установившемся режиме резонанса определяется условием потерь энергии в течение периода и работы внешней силы за то же время. Чем меньше трение, тем больше амплитуда при резонансе.
Резонанс (от латинского слова resonans –дающий отзвук)
Пользуясь все той же установкой, проверим, как зависит от частоты внешней силы амплитуда установившихся колебаний. Амплитуда начинает расти при дальнейшем увеличении частоты внешней силы. Она достигает максимума, если свободные колебания груза будут действовать в такт с внешней силой. Амплитуда стремится к нулю, если частота внешней силы очень большая.
Вследствие, инертности тело не успевает смещаться и «дрожит на месте».
Зависимость амплитуды от внешней частоты представлена на рисунках.
Резонансом называется резкое увеличение амплитуды вынужденных колебаний при совпадении частоты свободных колебаний с частотой изменения внешней силы.









Применение резонанса и борьба с ним. Явление резонанса играет большую роль в ряде природных, научных и производственных процессов. Например, необходимо учитывать явление резонанса при проектировании мостов, зданий и других сооружений, испытывающих вибрацию под нагрузкой, в противном случае при определенных условиях эти сооружения могут быть разрушены. Явление резонанса может быть причиной разрушения машин, зданий, мостов, если собственные их частоты совпадают с частотой периодически действующей силы. Поэтому, например, двигатели в автомобилях устанавливают на специальных амортизаторах, а воинским подразделениям при движении по мосту запрещается идти «в ногу».
Закрепление. Самостоятельная работа с учебником.
«Применение резонанса и борьба с ним»
Подготовить ответы на вопросы.
1. Какие тела, сооружения, машины представляют собой колебательную систему?
2. Насколько может увеличиться амплитуда, работающей машины?
3. Какие меры предпринимают, чтобы резонанс не наступил или хотя бы ослабить его?
4. Почему строевой шаг воинской части может привести к разрушению моста, через который часть переходит?
5. Привести примеры полезного действия резонанса.
Вопросы для закрепления.
Какие колебания называются вынужденными? (Колебания, происходящие под действием внешней периодической силы).
Как происходят вынужденные колебания, под действием каких сил? ( Внешняя периодическая сила, называемая вынуждающей, сообщает колебательной системе дополнительную энергию, которая идет на восполнение энергетических потерь, происходящих из-за трения.)
Чем отличаются вынужденные колебания от свободных? (В отличие от свободных колебаний, когда система получает энергию лишь один раз (при выведении системы из состояния равновесия), в случае вынужденных колебаний система поглощает эту энергию от источника внешней периодической силы непрерывно.)
Чему при этом равна полная энергия колебательной системы? (Эта энергия восполняет потери, расходуемые на преодоление трения, и потому полная энергия колебательной системы no-прежнему остается неизменной.)
Как зависит частота вынужденных колебаний от частоты вынуждающей силы? (Частота вынужденных колебаний равна частоте вынуждающей силы.)
Что мы называем явлением резонанса? (В случае, когда частота вынуждающей силы
· совпадает с собственной частотой колебательной системы
·0, происходит резкое возрастание амплитуды вынужденных колебаний резонанс. )
Из-за чего возникает явление резонанс? (Резонанс возникает из-за того, что при
· =
·0 внешняя сила, действуя в такт со свободными колебаниями, все время сонаправлена со скоростью колеблющегося тела и совершает положительную работу: энергия колеблющегося тела увеличивается, и амплитуда его колебаний становится большой.)
Какую роль играет явление резонанса?. (Явление резонанса играет большую роль в ряде природных, научных и производственных процессов. )
Приведите примеры явление резонанса. (Например, необходимо учитывать явление резонанса при проектировании мостов, зданий и других сооружений, испытывающих вибрацию под нагрузкой, в противном случае при определенных условиях эти сооружения могут быть разрушены.)

Домашнее задание: § 28, упр. 23

Итоги урока.