Открытое занятие " Механические колебания.Звук. Подготовка к ГИА"

Муниципальное казённое общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа №5 г. Алагира РСО-Алания

 

 

«Механические колебания и волны. Звук. »

Подготовка к ГИА 9 кл.

 

Учитель: Караева М.Н.

                                               

 

«Мир, в котором мы живем, удивительно  склонен к  колебаниям».           (  Р. Бишоп)

 

                                                                   

 

                               Алагир 2014 г.

 

 

                                 Содержание:

 

 

1.   Интерактивное сообщение: «Колебания и волны в природе, технике и в быту».      стр.3

 

2.   Изучение структуры и содержания КИМ ГИА по физике в  2014 году.                                 стр.10

 

 

3.    Решение задач ГИА 2009/2013 г.г.              

- примеры заданий части А                           стр.12

- примеры заданий части В                       стр.16

- текстовые задания                                   стр.17

- экспериментальные задания                   стр.19

 

4.   Работа с бланками                                      стр.22

 

5.   Тесты                                                             стр.24

 

 

 

 

 

 

 

Цель:  повторение основных понятий и законов, графиков и формул, связанных с механическими колебаниями и волновым движением, а также типовых задач по теме в соответствии с кодификатором ГИА и планом демонстрационного варианта экзаменационной работы.

 

Тип урока: урок обобщения и систематизации знаний.

 

Методы: обобщающая беседа, решение задач, эксперимент,   компьютерное тестирование.

 

Оборудование: Компьютеры, проектор с экраном, маятник на нити, штатив с муфтой, секундомер, раздаточный материал.

 

Материалы открытого урока:

 

I.     Интерактивное сообщение.

 

 Вся Вселенная находится в состоянии вибрации, и каждая вещь порождает свою собственную уникальную частоту.

 

«Не будет преувеличением сказать,  что среди процессов,  как свободно протекающих в природе,  так и используемых в технике, колебания, понимаемые в широком смысле  этого слова, занимают во многих отношениях  выдающееся и часто первенствующее      место»            Академик Н.Д. Папалекси

 

    

       Колебания - один из самых распространенных процессов в природе и технике. Колеблются высотные здания и высоковольтные провода под действием ветра, маятник заведенных часов и автомобиль на рессорах во время движения, уровень реки в течение года и температура человеческого тела при болезни. Звук - это колебания плотности и давления воздуха, радиоволны - периодические изменения напряженностей электрического и магнитного полей, видимый свет - тоже электромагнитные колебания, только с несколько иными длиной волны и частотой. Землетрясения - колебания почвы, приливы и отливы - изменение уровня морей и океанов, вызываемое притяжением Луны и достигающее в некоторых местностях 18 метров, биение пульса - периодические сокращения сердечной мышцы человека и т.д. Смена бодрствования и сна, труда и отдыха, зимы и лета...
Даже наше каждодневное хождение на работу и возвращение домой попадает под определение колебаний, которые трактуются как процессы, точно или приближенно повторяющиеся через равные промежутки времени (повторяющееся движение по одной и той же траектории).

 

Колебания бывают:

механические,

электромагнитные,

химические,

термодинамические

и различные другие. Несмотря на такое разнообразие колебаний, все они имеют между собой много общего.

      

           

 

     Многие ученые внесли большой вклад в изучение колебаний.                                                                         

 

             Галилео Галилей 1564-1642

Галилей установил изохронизм (независимость                                                               периода от амплитуды) малых колебаний,

наблюдая за раскачиванием люстры в соборе и отмеряя время по ударам пульса на руке.

 

 

 Христиан Гюйгенс (1629—1695)

Создатель первой волновой теории света «Трактат о свете» (1690). Впервые использовал маятник для достижения регулярного хода часов и вывел формулу для периода колебаний маятников. Гюйгенс изобрел первые часы с маятником (1657) и во втором издании своей монографии «Маятниковые часы» (1673) исследовал ряд проблем, связанных с движением маятника, в частности нашел центр качания физического маятника.

 

 

    

          У. Томсон (лорд Кельвин)

                              1824-1907

Теоретически исследует вопрос о распространении электрических импульсов вдоль кабелей и приходит к заключениям величайшей практической важности, давшим возможность осуществить телеграфирование через океан. Попутно Томсон выводит условия существования колебательного электрического разряда  лёгшие в основание всего учения об электрических колебаниях.                                                              

 

 

 

 

 РЭЛЕЙ, ДЖОН УИЛЬЯМ       (1842–1919)

Занимался теорией колебаний (и стал одним из ее основоположников), акустикой, теорией теплового излучения, молекулярной физикой, электромагнетизмом, оптикой.      Исследуя колебания упругих тел, установил ряд свойств колебательных систем, в частности первым обратил внимание на автоколебания. Изучал поверхностные волны, в 1885 предсказал существование особых волн этого вида («волны Рэлея»).   В 1904 был удостоен Нобелевской премии по физике. 

 

Александр Степанович Попов (1859 - 1906)

Физик, электротехник, изобретатель, известный как русский создатель радио. Попов создал радиоприемник, который представил в апреле 1895 года. Начиная с 1897 года, Александр Попов в своей биографии проводил радиотелеграфические опыты на кораблях. В это время Рыбкин и Троецкий (ассистенты Попова) подтвердили возможность принятия сигналов на слух, после чего Попов модифицировал структуру своего изобретения.

 

 

 

  Петр Николаевич Лебедев

             (1866-1912)

Впервые получил (1895) и исследовал миллиметровые электромагнитные волны. Открыл и измерил давление света на твердые тела (1900) и газы (1908), количественно подтвердив электромагнитную теорию света. Имя Лебедева носит Физический институт РАН.

 

 

 

 

 Алексей Николаевич Крылов

            1863—1945

Советский кораблестроитель, механик и математик, академик. Труды Крылова посвящены теории корабля, теории магнитных и гироскопических компасов, артиллерии, математике .

 Крылову принадлежат выдающиеся работы по строительной механике корабля. Им начата разработка динамических проблем в кораблестроении, создана теория вибрации судов, предложен оригинальный метод расчёта балок,   лежащих на упругом основании, имеющий большое значение не только для расчёта судовых корпусов, но и для развития строительной механики в целом.

 

 

 

МАНДЕЛЬШТАМ ЛЕОНИД ИСААКОВИЧ

(1879-1944)

Л. Мандельштам прославился также работами по нелинейной теории колебаний, по новым методам возбуждения колебаний,  а также созданием в 1931 г. параметрического генератора переменного тока с периодически меняющейся индуктивностью.

 

 

 

 

Академик  Николай  Дмитриевич Папалекси

 

1880-1997

 

 

                                                    

 

                         

Н. Н. Боголюбов

     1909 -1992

                                                                                          

А. А. Андронов

                                                          1901-1952

 

                                

А. Я. Хинчин                                     А. Н. Колмогоров

                                                     1903-1987

         1894-1959                                                                                  

 

II. Изучение структуры и содержания КИМ ГИА по физике в  2014 году.

 

Часть 1  (19 заданий, 20 баллов):

ü   механические явления (1-6);

ü   тепловые явления (7-9);

ü   электромагнитные явления (10-14);

ü   квантовые явления (15);

ü   методология (16);

ü   текст физического содержания (17, 18, 19).

 

Часть 2  (4 задания, №20-23, 8 баллов ):

ü   на соответствие  (задание 20 - соответствие между физическими величинами и единицами, приборами, формулами);

ü   на соответствие (задание 21 - на изменение физических величин при некотором процессе);

ü   на множественный выбор (задание 22 – анализ физического процесса);

ü   на множественный выбор (методологическое задание 23 на анализ проведенных экспериментальных наблюдений и исследований).

 

Часть 3  (4 задания, №24-27, 12 баллов ):

ü   экспериментальное задание  (задание 24)

ü   качественная задача (задание 25)

ü   расчетные задачи (задания  26 и 27)

 

 

 

Число заданий стало равным 27

Время выполнения - 180 минут

             Максимальный балл – 40

 

Рекомендуемая шкала

пересчета первичного балла в школьную отметку

 

Отметка по 5 балльной шкале	2	3	4	5
Первичный тестовый балл	0–8	9–18	19–29	30–40

 

 

III.           Решение задач ГИА 2009/2013 г.г.

 

Подборка заданий по кинематике

(из заданий ГИА 2009-2013 гг.)

 

ГИА-2010-4. Какова длина математического маятника с периодом колебаний Т = 1 с?

1) 100 см

2) 55 см

3) 25 см

4) 15 см

 

ГИА-2011-6. Эхо, вызванное ружейным выстрелом, дошло до стрелка через 4 с
после выстрела. На каком расстоянии от стрелка произошло отражение звуковой волны, если скорость звука в воздухе равна 330 м/с?

1) 330 м

2) 660 м

3) 990 м

4) 1320 м

 

ГИА-2010-4. Период колебаний математического маятника может быть значительно уменьшен путем

1) увеличения массы груза маятника

2) уменьшения объема груза маятника

3) уменьшения длины маятника

4) уменьшения амплитуды колебаний маятника

 

ГИА-2012-4. На рисунке отображен шнур, по которому распространяется поперечная волна в некоторый момент времени. Расстояние между какими точками равно половине длины волны?

1.)OB

2.)AB

3.)OD

4.)AD

                                                        

 

ГИА-2010-4. На рисунке показан профиль волны, распространяющейся по воде. Расстояние между какими точками на рисунке равно длине волны?

1.)1 – 2

2.)1 – 3

3.)1 – 4

4.)2 - 5

 

ГИА-2011-6. Динамик подключен к выходу звукового генератора. Частота колебаний 170 Гц. Определите длину звуковой волны в воздухе, зная, что скорость звуковой волны в воздухе 340 м/с.

1.)0,5м

2.)1м

3.)2 м

4.)57 800 м

 

ГИА-2010-6. Высота звука зависит от:

1) амплитуды колебаний

2) частоты колебаний

3) скорости звука

4) длины волны

 

 ГИА-2010-6. Громкость звука зависит от:

1) частоты звука

2) амплитуды колебаний

3) скорости звука

4) длины звуковой волны

 

ГИА-2009-11. При увеличении в 4 раза массы груза, подвешенного на пружине, его период свободных колебаний ...

1.) увеличивается в 16 раз.

2.) увеличивается в 4 раза.

3. )увеличивается в 2 раза.

4.) уменьшается в 2 раза.

5.) уменьшается в 4 раза.

 

 

(ГИА 2009 г.)- 6.  Верхняя граница частоты колебаний звуковых волн, воспринимаемая ухом человека, с возрастом уменьшается. Для детей она составляет 22 кГц, а для пожилых людей – 10 кГц. Скорость звука в воздухе равна 340 м/с. Звук с длиной волны 0,017 м.

1.)услышит только ребенок

2.)услышит только пожилой человек

3.)услышит и ребенок, и пожилой человек

4.)не услышит ни ребенок, ни пожилой человек

 

ГИА-2010-15. Какой из двух экспериментов подтверждает гипотезу, что звук распространяется только в материальной среде?
I. Через получасовые интервалы стреляли из пушки, расположенной на расстоянии 30 км, и наблюдатели отмечали промежуток времени между появлением вспышки и моментом, когда был услышан звук.
II. Колокол помещали в сосуд, из которого можно было откачивать воздух. Туда же помещали механизм, который позволяет колоколу звонить автоматически. Слух отчетливо улавливал ослабление звука по мере уменьшения давления воздуха в сосуде.

1.)только I                   2.)только II

3.)и I, и II                    4.)ни I, ни II

 

ЕГЭ 2012 г., ДЕМО -А6.На рисунке показан график колебаний одной из точек струны. Согласно графику, период этих колебаний равен:

1.)1×10^{– 3} с       2.)2×10^{– 3} с

3.)3×10^{– 3} с       4.)4×10^{– 3} с

 

ЕГЭ 2009 г., ДЕМО- В1. Груз массой m, подвешенный на пружине, совершает гармонические колебания с периодом T и амплитудой x₀. Что произойдет с максимальной потенциальной энергией пружины, периодом и частотой колебаний, если при неизменной амплитуде уменьшить массу груза?К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

 

 

ФИЗИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ	ПРИБОР
А) период колебаний	1) увеличится
Б)  частота колебаний	2) уменьшится
В) максимальная потенциальная энергия пружины	3) не изменится

А	Б	В
2	1	3

 

 

 

 

 

 

Фрагмент из демонстрационного варианта КИМ для проведения в 2013 году ГИА по физике:

 

Работа с текстом: Прочитайте текст и выполните задания 17-19

                                

                                 Механические волны

       Бросим камень в воду, увидим, что вокруг места его падения расходятся по воде круги. Возникшие в одном месте колебания части воды передаются соседним участкам и постепенно распространяются во все стороны, вовлекая в колебательное движение все новые частицы воды. Такое распространение колебаний называют волной. Говоря о колебательном движении, мы имеем в виду не общее перемещение частиц, а лишь передачу колебательного процесса от одних частиц среды другим. Эта передача возможна лишь в том случае, если между частицами существуют некие силы, подобные силам упругости пружины. Таким образом, для существования механических волн необходима упругая среда. Такой средой могут быть, например, пружина, воздух и т.п.

       Существуют продольные и поперечные волны. Волны, колебания частиц в которых происходят в направлении, перпендикулярном распространению волны, называются поперечными. Волны, колебания частиц в которых происходят в направлении,  распространению волны, называются продольными. Упругие продольные волны могут распространяться во всех средах (твердых, жидких, газообразных), а поперечные –только в твердых.

       Основными характеристиками механических волн являются скорость распространения v и длина волны λ.Скорость распространения зависит, в первую очередь, от плотности среды, в которой эта волна распространяется.

 Существует связь длины волны и скорости её распространения:

λ= v ·Т

Здесь Т- период, т.к. волны обладают периодичностью распространения.

 

17. Чему равен период распространения волны?

 

                                                         1.)2с

                                                         2.)4с

                                                         3.)6с

                                                         4.)10с

 

 

18. В каких средах могут распространяться звуковые волны?

1.) только в твердых;                  2.) только в жидких

3.) только в газообразных         4.) во всех трех

19. Почему механические волны не могут распространяться в вакууме?

Экспериментальные задания

 

Экспериментальное задание №24 в 2014 году контролирует:

- умение проводить косвенные измерения физических величин;

-умение представлять экспериментальные результаты в виде таблиц или графиков и делать выводы на основании полученных экспериментальных данных;

-умение проверять гипотезы.

 

Фрагмент из демонстрационного варианта КИМ для проведения в 2013 году ГИА по физике.

 

Критерии оценки выполнения задания	Баллы
Полностью правильное выполнение задания, включающее: 1) схематичный рисунок экспериментальной установки; 2) формулу для расчета искомой величины по доступным для измерения величинам; 3) правильно записанные результаты прямых измерений (указываются физические величины, прямые измерения которых необходимо провести в данном задании); 4) полученное правильное числовое значение искомой величины.	4
Приведены все элементы правильного ответа 1-4, но — допущена ошибка при вычислении значения искомой величины; ИЛИ — допущена ошибка при переводе одной из измеренных величин в СИ, что привело к ошибке при вычислении значения искомой величины; ИЛИ — допущена ошибка в схематичном рисунке экспериментальной установки, или рисунок отсутствует.	3
Сделан рисунок экспериментальной установки, правильно приведены значения прямых измерений величин, но не записана формула для расчета искомой величины и не получен ответ. ИЛИ Правильно приведены значения прямых измерений величин, записана формула для расчета искомой величины, но не получен ответ и не приведен рисунок  экспериментальной установки. ИЛИ Правильно приведены значения прямых измерений, приведен правильный ответ, но отсутствуют рисунок экспериментальной установки и формула для расчета искомой величины.	2
Записаны только правильные значения прямых измерений. ИЛИ Приведено правильное значение только одного из прямых измерений, и представлена правильно записанная формула для расчета искомой величины. ИЛИ Приведено правильное значение только одного из прямых измерений, и сделан рисунок экспериментальной установки.	1
Все случаи выполнения, которые не соответствуют вышеуказанным критериям выставления 1, 2, 3 или 4 баллов. Разрозненные записи. Отсутствие попыток выполнения задания.	0

 

Схема экспериментальной установки:

 

Формула:

 

 

Результаты измерений:

№ опыта	l, м	t, с	n	T, с
1	1	67	30	2,2
2	0,5	40	30	1,3
3	0,25	25	30	0,8

 

Вывод: период колебаний маятника прямо пропорционален длине маятника - чем больше длина маятника, тем больше период колебаний.

 

IV.            Работа с бланками.

 

Для обработки экзаменационных материалов ГИА  применяются следующие типы бланков:

•      бланк ответов №1,

•      бланк ответов №2,

•      дополнительный бланк  ответов  №2. 

В  зависимости  от  предмета  структура  бланка  ответов  №  1 может отличаться.

 

  -  Все бланки ответов заполняются яркими черными гелевыми или капиллярными ручками.

 

-  Участник ГИА должен  изображать каждую цифру и букву во всех заполняемых полях бланков, тщательно копируя образец ее написания из строки с образцами  написания  символов, расположенной  в  верхней  части  бланка  ответов №1.

 

 

Категорически запрещается:

-делать в полях бланков, вне полей бланков или в полях, заполненных типографским способом, какие-либо записи  и пометки, не относящиеся к содержанию полей бланков;

-использовать для заполнения бланков цветные ручки вместо черной, карандаш  (даже  для  черновых  записей  на  бланках),  средства  для исправления внесенной в бланки информации («замазку» и др.);

-делать ксерокопии бланков ответов и КИМов (т.к. в этом случае полностью исключается возможность автоматизированной обработки как копии, так и оригинала индивидуального комплекта).

 

   При   недостатке   места   для   ответов   на   основном   бланке   ответов   №   2 участник ГИА может продолжить записи на дополнительном бланке ответов № 2, выдаваемом организатором в аудитории по требованию участника в случае, когда на  основном  бланке   ответов  № 2   не осталось   места.  В   случае  заполнения дополнительного   бланка   ответов  № 2  при   незаполненном   основном   бланке ответов №2  ответы, внесенные в дополнительный бланк ответов № 2, оцениваться не будут.

 

V. Тесты.

 

 1- Вариант

1. Какое из перечисленных колебаний является вынужденным? А) колебание груза, подвешенного на нити, один раз отведенного от положения равновесия и отпущенного Б) колебание качелей, раскачиваемых человеком, стоящим на земле:

А) Только А

Б) Только Б

В) А и Б

Г) ни А, ни Б

 

2. На графике показано, как меняется скорость груза, подвешенного на нити. Амплитуда колебаний скорости груза равна:

А) 20 см/с

Б) 40 м/с

В) 1 см/с

 

 

 

 

3. Как изменится период колебаний груза на пружине, если жесткость пружины увеличить в 4 раза?

А) увеличиться в 4 раза

Б) уменьшится в 2 раза

В) увеличиться в 2 раза

Г) уменьшится в 4 раза

 

4. Груз на нити (см. рис.) начинает двигаться из точки А и далее совершает колебания, проходя последовательно точки А—Б—В—Б—А и т.д. В каком положении груза сила натяжения нити минимальна?

  А) Только А

  Б) Только Б

  В) Только В

   Г) В точках А и В

 

 

 

  5.   Координата колеблющегося тела изменяется по закону X = 5cos(πt/2) (м). Чему равен период колебаний? Все величины выражены в единицах СИ.

А) ¼ с                  Б) ½ с

В) 4 с                   Г) 2 с

 

2 –Вариант

 

 1. Какие из перечисленных ниже волн являются продольными:

А. Волны на поверхности воды

Б. Звуковые волны в газах

В. Радиоволны

Г. Звуковые волны в космосе

Д. Среди ответов А - Г нет правильного.

 

2. На рисунке представлен профиль волны в определенный мо­мент времени. Чему равна длина волны?

A.       0,1м.                Г. 4 м

        Б.     0,2 м.    В. 2 м    Д. Среди ответов А - Г нет правильного.

 

3. На рисунке  представлен профиль волны в определен-ный мо­мент времени. Чему равен период колебаний?

A.1 с                      Г. 4 с

Б. 2 с                     Д. Среди ответов А - Г нет правильного.

B.3 с

4.   Чем определяется высота звука?

А.Частотой колебания.          Г. Фазой колебаний.

Б. Длиной волны.                   Д. Среди ответов А - Г нет

В. Амплитудой колебаний.        правильного.

5.   Чем определяется громкость звука при неизменной частоте колебаний?

А.Амплитудой колебания.     Г. Скоростью распространения
Б. Фазой колебаниязвуковой волны

В. Длиной волны.                 

Д. Среди ответов А - Г нет правильного.

 

«Всё, что казалось трудным нам сначала, к концу, обычно, трудным не бывало».      (Руни)