Групповое задание, страница 192 - гдз по физике 10 класс учебник часть 1 Генденштейн, Дик

Механика. Глава 4. Механические колебания и волны. Вопросы и задачи к главе «механические колебания и волны» - страница 192.

Условие.

Групповое задание

Разбейтесь на группы по три-четыре человека. Каждая группа должна составить в цвете «карту» темы «Механические колебания и волны», в которой указаны основные «пункты» и связывающие их «дороги». При этом вся карта должна умещаться на развороте тетради или на листе формата А4. Эти карты вывешиваются в классе и методом голосования выбирают лучшую из них.

Решение.

Для выполнения этого группового задания предлагается создать ментальную карту (mind map), которая наглядно представит структуру темы «Механические колебания и волны», основные понятия и связи между ними. Карта может быть организована следующим образом:

Центральный узел: Механические колебания и волны

В центре листа формата А4 или разворота тетради располагается главный узел с названием темы. От него отходят две основные ветви, которые можно выделить разными цветами: «Механические колебания» и «Механические волны».

Ветвь 1: Механические колебания

Эта ветвь посвящена изучению колебательных процессов. От основного узла ветви отходят следующие подпункты:

• Определение: Дается определение колебаний – это повторяющиеся во времени процессы изменения состояния системы около точки равновесия. Здесь же указываются условия возникновения колебаний: наличие положения устойчивого равновесия и избыточной энергии.

• Виды колебаний: Это ключевой разветвляющийся узел.

  • По характеру воздействия:

    • Свободные (собственные): Происходят за счет первоначально сообщенной энергии. Отсюда идет «дорога» к понятию «Колебательная система». Свободные колебания делятся на незатухающие (идеализированная модель, где энергия сохраняется) и затухающие (реальные колебания, где амплитуда уменьшается со временем).

    • Вынужденные: Происходят под действием внешней периодической силы. От этого узла идет прямая «дорога» к явлению «Резонанс».

  • По закону изменения физической величины:

    • Гармонические колебания: Колебания, при которых физическая величина изменяется со временем по закону синуса или косинуса. Это самый важный подраздел, от которого отходит множество характеристик.

• Характеристики гармонических колебаний: От узла «Гармонические колебания» отходят лучи с основными физическими величинами и их формулами.

  • Амплитуда ($\text{A}$, м) – максимальное смещение от положения равновесия.

  • Период ($\text{T}$, с) – время одного полного колебания.

  • Частота ($\nu$, Гц) – число колебаний в единицу времени. Связь: $\nu = 1/T$.

  • Циклическая частота ($\omega$, рад/с). Связь: $\omega = 2\pi\nu = 2\pi/T$.

  • Фаза ($\phi = \omega t + \phi_0$, рад) – определяет состояние системы в любой момент времени.

  • Уравнение гармонических колебаний: $x(t) = A \cos(\omega t + \phi_0)$.

  • Скорость и ускорение: $v(t) = x'(t) = -A\omega \sin(\omega t + \phi_0)$, $a(t) = v'(t) = -A\omega^2 \cos(\omega t + \phi_0) = -\omega^2 x(t)$.

• Колебательные системы: Узел, связанный со «Свободными колебаниями».

  • Математический маятник: материальная точка на невесомой нерастяжимой нити. Период колебаний: $T = 2\pi\sqrt{l/g}$.

  • Пружинный маятник: тело массой $\text{m}$, прикрепленное к пружине жесткостью $\text{k}$. Период колебаний: $T = 2\pi\sqrt{m/k}$.

• Превращения энергии: Этот узел иллюстрирует закон сохранения энергии для незатухающих колебаний. Можно нарисовать схему: в крайних точках $E_k = 0$, $E_p = \text{max}$; в положении равновесия $E_k = \text{max}$, $E_p = 0$. Полная энергия $E = E_k + E_p = const$.

• Резонанс: Узел, связанный с «Вынужденными колебаниями». Определение: резкое возрастание амплитуды вынужденных колебаний при совпадении частоты внешней силы с собственной частотой колебательной системы. Можно привести примеры (раскачивание качелей, разрушение мостов).

Ветвь 2: Механические волны

Вторая основная ветвь, логически связанная с первой. «Дорога» от «Колебаний» к «Волнам» подписывается как «являются источником».

• Определение: Процесс распространения колебаний в упругой среде. Важно подчеркнуть, что волна переносит энергию, но не вещество.

• Виды волн:

  • Продольные: колебания частиц происходят вдоль направления распространения волны (пример: звуковые волны).

  • Поперечные: колебания частиц происходят перпендикулярно направлению распространения волны (пример: волны на струне).

• Характеристики волн:

  • Длина волны ($\lambda$, м) – расстояние, на которое волна распространяется за один период.

  • Скорость волны ($\text{v}$, м/с) – скорость распространения возмущения в среде.

  • Формула связи: $v = \lambda / T = \lambda \nu$. Эта формула является ключевой «дорогой», связывающей характеристики волн и колебаний.

• Звуковые волны: Важный частный случай механических продольных волн.

  • Характеристики звука: Высота тона (определяется частотой $\nu$) и громкость (определяется амплитудой $\text{A}$).

  • Скорость звука: Зависит от свойств и состояния среды. В вакууме звук не распространяется.

• Волновые явления: Общие свойства, характерные для любых волн.

  • Отражение: Изменение направления волны на границе раздела сред.

  • Преломление: Изменение направления волны при переходе в другую среду.

  • Интерференция: Устойчивая картина усиления и ослабления волн при их наложении.

  • Дифракция: Огибание волнами препятствий.

Вся карта должна быть выполнена в цвете для лучшего визуального разделения блоков. «Дороги» (стрелки и линии) могут иметь разную толщину в зависимости от важности связи между «пунктами» (понятиями).

Ответ:

Представлен подробный план-концепция для создания цветной «карты» по теме «Механические колебания и волны». План включает в себя разделение темы на два основных блока (колебания и волны), каждый из которых детализирован на ключевые понятия, определения, виды, характеристики, формулы и явления. Указаны логические связи («дороги») между этими элементами, что позволяет создать целостную и структурированную ментальную карту, полностью соответствующую условиям задания.