Волновые явления характеристики волны 11 класс кратко
Обновлено: 18.05.2024
5) поляризация механических волн; когерентные источники.
Глоссарий по теме
Механическая волна – возмущение, распространяющееся в пространстве с течением времени.
Длина волны - наименьшее расстояние между частицами, совершающими колебание с одинаковой фазой.
Волновая поверхность - волна, фронт которой имеет форму плоскости.
Фронт волны - это поверхность, до которой дошли колебания к данному моменту времени.
Громкость звука - субъективное восприятие силы звука, зависит от амплитуды.
Высота тона - качество звука, зависящее от частоты колебаний голосовых связок в единицу времени.
Тембр - характерная окраска звука.
Поглощение - превращение энергии волны в др. виды энергии в результате её взаимодействия с др. волнами или со средой, в которой она распространяется.
Интерференция - взаимное увеличение или уменьшение результирующей амплитуды двух или нескольких когерентных волн при их наложении друг на друга.
Дифракция - явление огибания волнами препятствий.
Когерентные источники – такие источники, которые обеспечивают постоянную во времени разность фаз слагаемых волн в различных точках.
Основная и дополнительная литература по теме урока:
Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Чаругин В.М. Физика.11 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2014.С.53-66
Основное содержание урока
Волна - процесс распространения колебаний с течением времени.
Механическая волна переносит энергию, но не переносит вещество.
Волны, в которых частицы среды во время колебаний сдвигаются в направлении, перпендикулярном направлению распространения волны, называются поперечными.
Волны, в которых частицы среды во время колебаний сдвигаются вдоль направления распространения волны, называются продольными.
Продольные волны могут распространяться в любой среде.
Частоту колебаний каждой точки среды называют частотой волны .
Величину, обратную частоте, называют периодом волны:
Длина волны это расстояние между двумя ближайшими точками, которые колеблются в одной фазе.
Расстояние, на которое распространяются колебания за время одного периода, называется длиной волны.
скорость волны для определенной среды
Эту формулу называют формулой волны.
Механические колебания с частотой от17 до 20 000 Гц называются звуковыми.
Разбор тренировочных заданий
1. Какой из признаков колебательного движения назван ошибочно?
1) возникает благодаря действию на тело, выведенного из положения равновесия, возвращающей силы;
2) тело движется около положения равновесия;
3) энергия в пространстве не переносится, происходит переход кинетической энергии в потенциальную и наоборот;
4) распространяется в пространстве с течением времени
Так как колебательное движение – это движение, повторяющееся через определенный промежуток времени, и тело движется около положения равновесия, и распространяется в пространстве с течением времени, то неправильным является третье утверждение: энергия в пространстве не переносится, происходит переход кинетической энергии в потенциальную и наоборот.
Правильный ответ: 3) энергия в пространстве не переносится, происходит переход кинетической энергии в потенциальную и наоборот.
2. Ультразвуковой сигнал с частотой 60кГц возвратился после отражения от дна моря на глубине 150 м через 0,2с. Длина ультразвуковой волны ________ м.
Волновые процессы широко распространены в природе, и различны физические причины, их вызывающие.
Но, подобно колебаниям, все виды волн описываются количественно одинаковыми законами.
Что называется волной?
Волна — это колебания, распространяющиеся в пространстве с течением времени.
Отдельные частицы твердого, жидкого или газообразного тела взаимодействуют друг с другом.
И если какая- либо частица тела начинает совершать колебательные движения, то в результате взаимодействия между частицами это движение начинает распространяться во все стороны.
Волна — это колебания, распространяющиеся в пространстве с течением времени.
Причины, вызывающие волну
В воздухе, твердых телах и внутри жидкостей механические волны возникают благодаря действию сил упругости.
Эти силы осуществляют связь между отдельными частями тела.
Образование волн на поверхности воды вызывают сила тяжести и сила поверхностного натяжения.
Поперечные волны
Например, если один конец резинового шнура закрепить и, слегка натянув шнур рукой, привести другой его конец в колебательное движение, то по шнуру побежит волна.
Скорость волны будет тем больше, чем сильнее натянут шнур.
Волна добежит до точки закрепления шнура, отразится и побежит назад.
Каждый участок шнура колеблется относительно своего неизменного положения равновесия.
При распространении волны вдоль шнура колебания совершаются в направлении, перпендикулярном направлению распространения волны - такие волны называются поперечными.
В поперечной волне смещения отдельных участков среды происходят в направлении, перпендикулярном направлению распространения волны.
При этом возникает упругая деформация, называемая деформацией сдвига.
Отдельные слои вещества сдвигаются относительно друг друга.
При деформации сдвига в твердом теле возникают силы упругости, стремящиеся вернуть тело в исходное состояние.
Именно силы упругости и вызывают колебания частиц среды.
Сдвиг слоев относительно друг друга в газах и жидкостях не приводит к появлению сил упругости.
Поэтому в газах и жидкостях не могут существовать поперечные волны.
Поперечные волны возникают только в твердых телах.
Продольные волны
Колебания частиц среды могут происходить и вдоль направления распространения волны - такая волна называется продольной.
Продольную волну удобно наблюдать на длинной мягкой пружине большого диаметра.
Ударив ладонью по одному из концов пружины, можно заметить, как сжатие бежит по пружине.
С помощью серии последовательных ударов можно возбудить в пружине волну, представляющую собой последовательные сжатия и растяжения пружины, бегущие друг за другом.
В продольной волне смещения отдельных участков среды происходят в направлении распространения волны.
В продольной волне происходит деформация сжатия.
Силы упругости, связанные с этой деформацией, возникают как в твердых телах, так и в жидкостях и газах.
Эти силы вызывают колебания отдельных участков среды.
Поэтому продольные волны могут распространяться во всех упругих средах.
Скорость волны.
Волны любой природы не распространяются в пространстве мгновенно.
Их скорость конечна.
Волны на поверхности воды удобны для наблюдения, так как скорость их распространения сравнительно невелика.
В твердых телах скорость продольных волн больше скорости поперечных.
Это учитывается при определении расстояния от очага землетрясения до сейсмической станции.
Вначале на станции регистрируется продольная волна, так как ее скорость в земной коре больше, чем поперечной.
Спустя некоторое время регистрируется поперечная волна, возбуждаемая при землетрясении одновременно с продольной.
Зная скорости продольных и поперечных волн в земной коре и время запаздывания поперечной волны, можно определить расстояние до очага землетрясения.
Энергия волны.
При распространении механической волны движение передается от одних частиц среды к другим.
С передачей движения связана передача энергии.
Основное свойство всех волн независимо от их природы состоит в том, что волна переносит энергию, но не переносит вещество среды.
Энергия поступает от источника, возбуждающего колебания начала шнура, струны и т. д., и распространяется вместе с волной.
Через любое поперечное сечение, например шнура, передается энергия.
Эта энергия слагается из кинетической энергии движения частиц среды и потенциальной энергии их упругой деформации.
Постепенное уменьшение амплитуды колебаний частиц при распространении волны связано с превращением части механической энергии во внутреннюю.
Механические волны. Физика, учебник для 11 класса - Класс!ная физика
Все тела состоят из частиц, которые взаимодействуют друг с другом. Причём неважно в каком состоянии находится объект: в жидком, твердом или газообразном. Если одна частица начнёт совершать колебательные движения, то в результате межчастичного взаимодействия, это движение распространится и на другие частицы. Причем скорость этого распространения будет одинаковой для всех близлежащих к источнику колебаний частиц.
Такой процесс распространения колебаний в пространстве за определенный временной промежуток называется волновым процессом. А последовательное возникновение колебаний в близлежащих к источнику возбуждения точках называется волной.
Наглядный пример распространения колебаний – волны на поверхности воды. Если кинуть камень в водоём, то в месте его падения образуются последовательные овальные волны небольшой амплитуды. Расстояния между гребнями при этом будут примерно одинаковыми. Но, если же рядом с местом падения камня будет находится лист кувшинки, то волны не изменят его положения, а лишь заставят колебаться вверх и вниз.
Важно понимать, что возбуждение волны не провоцирует переноса вещества. Волна способствует лишь распространению колебаний.
Скорость волны
Любой физический процесс характеризуется временем. Так и волна распространяется не мгновенно, а с конечной скоростью. Поэтому важной характеристикой распространения колебаний является скорость волны.
Поперечные волны
Возьмём какой-нибудь эластичный шнур и закрепим один его конец. Второй конец возьмём в руку и зададим колебательные движения (то есть раскачаем его). Зафиксируем, что по длине всего шнура побежит волна, которая постепенно достигнет закрепленного конца. Чем объясняется это наблюдение? А тем, что каждый небольшой объем шнура обладает собственной массой и упругостью. При вынужденной деформации, которая задаётся колебательной волной, на каждом участке появляются силы упругости, стремящиеся вернуть шнур в первоначальное положение. Почему колебание не блокируются сразу? Потому что каждый участок обладает инертностью, которая постепенно преодолевается силами упругости (эффект затухания). Колебания останавливаются, когда деформация достигает максимального отклонения от положения равновесия. Чем сильнее натяжение шнура, тем больше скорость распространения волны.
Поперечными называются волны, частицы которых колеблются в плоскости, перпендикулярной направлению распространения возбуждения.
Распространение поперечной волны можно наглядно продемонстрировать с помощью цепочки одинаковых металлических шариков, соединенных между собой пружинами и подвешенных на нитях к некоторому основанию. В такой системе присутствует чёткое разделение сил упругости и свойств инертности: масса сосредоточена в шарах, а упругость – в пружинах. Однако в рассмотрении волнового движения этим допущением можно пренебречь.
Теперь отклоним левый крайний шар вдоль некоторой оси Y, которая распространяется перпендикулярно металлическим шарикам. Заметим, что при этом соединительная пружинка начнёт деформироваться и провоцировать движение второго шарика. Причём это движение будет ориентировано по той же траектории, но не будет синхронно с первым.
Мы выяснили, что если привести в движение первый шар, то второй начнёт колебаться вслед за первым с той же частотой, но с отставанием по фазе. Соответственно, пружина второго шара спровоцирует движение третьего за счет сил упругости и т.д. В итоге, все подвешенные шары начнут двигаться с одной и той же частотой, но с разными фазами. Если первый шар начнёт колебаться с периодом T, то все последующие шарики будут отставать от него на четверть периода. Это наглядный пример распространения поперечной волны. Она может наблюдаться только в твёрдых телах, так как колебательные движения в жидкостях или газах не провоцируют появления сил упругости.
Продольные волны
Если колебания происходят за счет частиц, колеблющихся вдоль распространения волны, то говорят о продольных волнах.
Рассмотрим пример продольного распространения колебаний. Возьмём мягкую длинную пружину большого диаметра. Зафиксируем один конец, а по второму ударим рукой. Мы заметим, как последовательное сжатие будет двигаться по пружине. Если ударить по краю несколько раз, то у нас получится возбудить волну, которая будет представлять собой совокупность сжатий и растяжений, двигающихся друг за другом. Таким образом, отличительная черта продольных колебаний – деформация сжатия и растяжения. Продольные волны могут наблюдаться как в твёрдых телах, так и в газах и жидкостях.
А теперь вернёмся к предыдущему опыту с металлическими шариками. Можно ли наблюдать там продольную волну? Да, можно. Зафиксируем шары таким образом, чтобы они могли двигаться только в одном направлении – вдоль цепочки. Спровоцируем колебательные движения первого шара с периодом Т. Увидим, что вдоль всей цепочки побежит продольная волна, представляющая собой чередующиеся уплотнения и разрежения компонентов системы.
Энергия волны
Длина волны
Опять же обратимся к эксперименту с шарами. Обратим внимание на движение первого и тринадцатого шаров при распространении поперечной волны. Их колебания будут идентичными. В таком случае говорят, что движения шаров происходят в одинаковых фазах.
Отсюда получаем формулировку новой характеристики. Длина волны – это кратчайшее расстояние между двумя точками, которые колеблются в одинаковых фазах. Рассчитывается длина волны следующим соотношением: λ=υT. Таким образом, длина волны – это расстояние, на которое распространяется волна за время, соответствующее одному периоду.
Отсюда делаем вывод, что частицы будут колебаться в одинаковых фазах тогда, когда расстояние между ними будет равно nλ, где n – целое число.
Вспомним, что период и частота связаны формулой: T=1/ν. Поэтому выражение для длины волны можно переписать как: λ=υ/ν.
11.1. Механические колебания – движение тел или частиц тел, обладающее той или иной степенью повторяемости во времени. Основные характеристики: амплитуда колебаний и период (частота).
11.2. Источники механических колебаний – неуравновешенные силы со стороны различных тел или частей тел.
11.3. Амплитуда механических колебаний – наибольшее смещение тела от положения равновесия. Единица амплитуды – 1 метр (1 м).
11.4. Период колебаний – время, за которое колеблющееся тело совершит одно полное колебание (вперёд и назад, дважды проходя через положение равновесия). Единица периода – 1 секунда (1 с).
11.5. Частота колебаний – физическая величина, обратная периоду. Единица – 1 герц (1 Гц = 1/с). Характеризует количество колебаний, совершаемых телом или частицей за единицу времени.
11.6. Нитяной маятник – физическая модель, в которую включают невесомую нерастяжимую нить и тело, размеры которого пренебрежимо малы по сравнению с длиной нити, находящиеся в силовом поле, как правило, гравитационном поле Земли или другого небесного тела.
11.7. Период малых колебаний нитяного маятника пропорционален квадратному корню из длины нити и обратно пропорционален квадратному корню из коэффициента силы тяжести.
11.8. Пружинный маятник – физическая модель, в которую включают невесомую пружину и прикреплённое к ней тело. Наличие гравитационного поля не является обязательным; такой маятник может колебаться как по вертикали, так и вдоль любого другого направления.
11.9. Период малых колебаний пружинного маятника прямо пропорционален квадратному корню из массы тела и обратно пропорционален квадратному корню из коэффициента жёсткости пружины.
11.10. По отношению к колеблющимся телам выделяют свободные, незатухающие, затухающие, вынужденные колебания и автоколебания.
11.11. Механическая волна – явление распространения механических колебаний в пространстве (в упругой среде) с течением времени. Волна характеризуется скоростью переноса энергии и длиной волны.
11.12. Длина волны – расстояние между ближайшими частицами волны, находящимися в одинаковом состоянии. Единица – 1 метр (1 м).
11.13. Скорость волны определяется как отношение длины волны к периоду колебаний её частиц. Единица – 1 метр в секунду (1 м/с).
11.14. Свойства механических волн: отражение, преломление и дифракция на границе раздела двух сред с различными механическими свойствами, а также интерференция двух и большего количества волн.
11.15. Звуковые волны (звук) – это механические колебания частиц упругой среды с частотами в диапазоне 16 Гц – 20 кГц. Частота звука, излучаемого телом, зависит от упругости (жёсткости) и размеров тела.
11.16. Электромагнитные колебания – собирательное понятие, включающее в зависимости от ситуации изменение заряда, силы тока, напряжения, интенсивности электрического и магнитного поля.
11.17. Источники электромагнитных колебаний – индукционные генераторы, колебательные контуры, молекулы, атомы, ядра атомов (то есть все объекты, где есть движущиеся заряды).
11.18. Колебательный контур – электрическая цепь, состоящая из конденсатора и катушки индуктивности. Контур предназначен для генерирования переменного электрического тока высокой частоты.
11.19. Амплитуда электромагнитных колебаний – наибольшее изменение наблюдаемой физической величины, характеризующей процессы в колебательном контуре и пространстве вокруг него.
11.20. Период электромагнитных колебаний – наименьшее время, за которое происходит возврат значений всех величин, характеризующих электромагнитные колебания в контуре и пространстве вокруг него, к прежним значениям. Единица периода – 1 секунда (1 с).
11.21. Частота электромагнитных колебаний – физическая величина, обратная периоду. Единица – 1 герц (1 Гц = 1/с). Характеризует количество колебаний величин за единицу времени.
11.22. По аналогии с механическими колебаниями, по отношению к электромагнитным колебаниям выделяют свободные, незатухающие, затухающие, вынужденные колебания и автоколебания.
11.23. Электромагнитное поле – совокупность распространяющихся в пространстве постоянно изменяющихся и переходящих друг в друга электрического и магнитного полей – электромагнитная волна. Скорость в вакууме и воздухе 300 000 км/с.
11.24. Длина электромагнитной волны определяется как расстояние, на которое распространятся колебания за время одного периода. По аналогии с механическими колебаниями может быть вычислена произведением скорости волны на период электромагнитных колебаний.
11.25. Антенна – открытый колебательный контур, служащий для испускания или приёма электромагнитных (радио)волн. Длина антенны должна быть тем больше, чем больше длина волны.
11.26. Свойства электромагнитных волн: отражение, преломление и дифракция на границе раздела двух сред с различными электрическими свойствами и интерференция двух и большего количества волн.
11.27. Принципы радиопередачи: наличие высокочастотного генератора несущей частоты, амплитудного или частотного модулятора, передающей антенны. Принципы радиоприема: наличие приемной антенны, настроечного контура, демодулятора.
11.28. Принципы телевидения совпадают с принципами радиосвязи с дополнением двумя следующими: электронное сканирование с частотой порядка 25 Гц экрана, на котором находится передаваемое изображение и синхронная поэлементная передача видеосигнала на видеомонитор.
Читайте также: