Фізика. 11 клас. Перетворення енергії під час коливань. Резонанс

Тип: Урок.
Наука: Фізика.
Формат: docx.
К-сть сторінок: 6.
Короткий опис:

Мета уроку: сформувати в учнів уміння застосовувати закон збереження енергії для визначення повної енергії коливного тіла.
Тип уроку: комбінований урок.
Демонстрації:
1. Перетворення енергії під час коливань математичного маятника і тягарця на пружині.
2. Затухаючі коливання.

Хід уроку

I. Перевірка знань. Самостійна робота. Розв’язування задач

1) Тягарець масою 9,86 кг виконує коливання на пружині з періодом 2 с. Чому дорівнює жорсткість пружини? Чому дорівнює частота коливання тягарця?

2) У разі збільшення довжини математичного маятника на 10 см його період коливань збільшився на 0,1 с. Яким був початковий період коливань?

3) Як зміниться період коливань маятника, якщо його перенести з Землі на Марс. Маса Марса в 9,3 разу менша за масу Землі, а радіус Марса в 1,9 разу менший за радіус Землі? (Відповідь: збільшиться в 1,6 разу.)

II. Перетворення енергії за відсутності тертя.

Як ми знаємо, якщо можна знехтувати, механічна енергія замкнутої системи зберігається. Розглянемо на прикладі коливань тягарця, підвішеного на нитці, як змінюються потенціальна й кінетична енергії коливальної системи. Якщо вивести систему з положення стійкої рівноваги, то її потенціальна енергія збільшиться. У разі повернення системи в положення стійкої рівноваги потенціальна енергія зменшиться, зате кінетик збільшиться. У положенні рівноваги кінетична енергія системи максимальна.

Таким чином, під час коливань відбуваються взаємні періодичні перетворення потенціальної та кінетичної енергії

III. Залежність енергії коливальної системи від амплітуди коливань.

Покажемо на прикладі коливань тягарця на пружині, що енергія коливальної системи пропорційна квадрату амплітуди коливань. Дійсно, повна енергія системи дорівнює потенціальній енергії під час максимального відхилення від положення рівноваги, Оскільки кінетична енергія при цьому дорівнює нулю. Потенціальна ж енергія системи при її максимальному відхиленні від положення рівноваги дорівнює

E = kx2/2

k – жорсткість пружини, x — амплітуда коливань. Розрахунки показують, що енергія коливальної системи пропорційна квадрату амплітуди коливань для будь-яких гармонічних коливань.

IV. Швидкість і прискорення під час коливань.

Які максимальні значення швидкості і прискорення під час коливань? Відповісти на це запитання допоможе закон збереження енергії. Розглянемо коливання тягарця на пружині. Коли система проходить положення рівноваги, її потенціальна енергія дорівнює нулю, а кінетична — максимальна й дорівнює

E = kv2/2

rar

 Завантажити