Фізика, 11 кл., 2023/2024 н.р.

Дата уроку :14.02.2024 р.

Тема уроку : Експериментальна робота № 5 . Дослідження заломлення світла.

Завдання: виконати експериментальну роботу , тема, мета, обладнання, хід роботи та дані дослідження є у відео.

Дата уроку :13.02.2024 р.

Тема уроку : Лінзи. Побудова зображень у лінзах.

1). Лінзи. Два види лінз. Демонстрація лінз. 

Лінзою називають прозоре тіло, обмежене з обох боків сферичними поверхнями.

Розрізняють такі види лінз, як показано на малюнках: а) - двовипукла, б) - плоско-опукла, в) - двоввігнута, г) - плоско-ввігнута, д) - опукло-ввігнута, а на малюнку е) показані умовні позначення для збиральної та розсіючої лінз.

Якщо товщина лінзи в найтовщому місці дуже мала у порівнянні із радіусами викривлення її поверхонь і відстанню предмета до її поверхні, то таку лінзу називають тонкою.

Якщо паралельний пучок променів, що падають на поверхню лінзи, лінза збирає в одній точці, то її називають збиральною, а цю точку фокусом. Якщо ж паралельний пучок променів, який падає на лінзу, лінза розсіює, то її називають розсіювальною.

Після проходження такої лінзи паралельні промені рівномірно розходяться так, що їх продовження перетинаються в уявній точці - фокусі.

У збиральній лінзі фокус є дійсним, а в розсіювальній - уявним.

Промені, що проходять через центр лінзи не заломлюються. Центр лінзи називають оптичним центром (див. малюнок).

Проведемо лінію через оптичний центр лінзи та перпендикуляно до її площини. Цю лінію називають головною оптичною віссю. В збиральній лінзі промені, що паралельні головній оптичній вісі заломлюються і проходять через фокуси. В розсіюючій лінзі промені, що паралельні головній оптичні вісі заломлюються, а їх продовження проходять через фокус лінзи.

Аналогічна картина спостерігається при оберненому напрямі світлових променів. В збиральній лінзі промені, що пройшли через її фокус після заломлення будуть паралельні головній оптичній осі. В розсіюючій лінзі промені, що спрямовані на фокус (той фокус, що з іншого боку лінзи) після заломлення будуть паралельні головній оптичній осі.

Будь-яка інша пряма, яка проходить через центр лінзи не перпендикулярно її площині називається побічною віссю.

В збиральній лінзі промені паралельні побічній вісі перетинаються в точці, що має назву побічний фокус. В розсіюючій лінзі в побічному фокусі перетинаються продовження променів.

Оскільки є багато можливих напрямів побічних оптичних вісей, то і відповідних побічних фокусів теж буде багато. Усі разом ці точки побічних фокусів створюють фокальні площини - дві площини, паралельні головній площині з обох боків лінзи, які проходять через фокуси.

Відстань від фокуса до оптичного центра називають фокусною відстанню лінзи F.

Фокусна відстань збиральної лінзи є додатною, а розсіювальної - від'ємною.

Величину, обернену до фокусної відстані, називають оптичною силою лінзи

D = 1/F .

 У системі СІ оптичну силу лінзи вимірюють в діоптріях:

[D] = 1/м = 1 дптр.

Оптична сила лінзи дорівнює одній діоптрії, якщо її фокусна відстань дорівнює одному метру.

Головна цінність лінзи полягає в тому, що за її допомогою можна отримати зображення предметів, які можуть світитись самі чи світяться відбитим світлом.

Якщо d - відстань від предмета до лінзи, то f - відстань від лінзи до зображення на екрані, F - фокусна відстань, то розміщення предмета і його зображення можна визначити за формулою тонкої лінзи:

Користуючись формулою слід враховувати правило знаків:

1) якщо лінза розсіювальна, то величину F беруть зі знаком "-".
2) якщо лінза дає уявне зображення, то і f також беруть з "-".
3) якщо предмет уявний (наприклад, в системі лінз), то і d беруть зі знаком "-".

Якщо оптична система складається із декількох (D1, D2, …, Dn) лінз, розміщених близько одна до одної, то справедливою є така формула:

Dсистеми = D1 + D2 + D3 + … + Dn

Завдання : ознайомитись з навчальним матеріалом , написати та вивчити конспект.

Дата уроку : 29.11.2023 р.

Тема уроку : Розв"язування задач.

Завдання : ознайомитись з відео , записати задачі , які розгянуті в даному відео.

Дата уроку : 28.11.2023 р.

Тема уроку : Вільні електромагнітні коливання в ідеальному контурі.Формула Томсона.

Завдання : переглянути відео , виписати формулу Томсона та приклади задач. 

Дата уроку : 27.11.2023 р.

Тема уроку : Коливання . Види коливань . Фізичні величини,

                                  що характеризують коливання .

 Коливання – один з найпоширеніших видів руху в природі й техніці. 

Коливаються дерева в лісі, пшениця в полі, струни музичних інструментів, мембрана телефону. Коливаються площини й фюзеляж літака, кузов автомобіля, поршні двигуна. Коливальні рухи відбуваються і у житті нашої планети ( землетруси, припливи і відпливи ), і в астрономічних явищах. З коливаннями ми зустрічаємось і в живій природі: биття серця, рух голосових зв’язок тощо.

Коливаннями називаються фізичні процеси, які точно або наближено повторюються через рівні інтервали часу.

Тягарець, що коливається на нитці, приклад найпростішого маятника.

Маятник — це тверде тіло, яке здійснює коливання під впливом притягання до Землі або під впливом дії пружини.

Фізичні маятники – це маятники, які коливаються під впливом притягання до Землі.

 

Пружинні маятники – це маятники, в яких тіло коливається завдяки дії пружини.

Для дослідження коливального руху створили фізичну модель – математичний маятник.

Математичний маятник — це фізична модель, яка являє собою матеріальну точку, підвішену на тонкій, невагомій і нерозтяжній нитці.

Наприклад математичним маятником можна вважати  металеву кульку діаметром 1-2 см підвішену на  нитці довжиною 1-2 м.

 

 

У залежності від фізичної природи розрізняють механічні і електромагнітні коливання.

Механічними коливаннями називаються такі рухи тіл, при здійсненні яких через рівні проміжки часу координата тіла, що рухається, його швидкість і прискорення набувають вихідних значень.

Існують два види коливальних рухів: вільні та вимушені

Вільні коливання – це коливання, які відбуваються тільки за рахунок початкового запасу енергії, наданого системі.

Вільні коливання – це коливання, які відбуваються в механічній системі під дією внутрішніх сил системи після короткочасного впливу зовнішньої сили.

До вільних коливань належать, наприклад, коливання маятника, тягарця на нитці, тягарця на пружині, шальки ваги тощо.

 

 Вимушені коливання — це коливання, які відбуваються під дією зовнішньої сили, що періодично змінюється.

 

 Такими є, наприклад, коливання підвішеної на нитці або на пружині кульки, які виникають після того, як кульку відхилили від положення рівноваги й відпустили; погойдування гілки дерева після того, як а неї злетів птах; коливання дзвіночка, який штовхнули рукою.

Затухаючі коливання – це коливання, амплітуда яких із часом зменшується.

Затухають із плином часу вільні коливання гойдалки і дзвоника, коливання струни гітари і гілки дерева тощо.

Незатухаючі коливання — це коливання, амплітуда яких не змінюється з часом.

Наприклад, доки працює механізм швацької машинки, голка здійснює вимушені незатухаючі коливання.

 

З’ясуємо, які властивості повинна мати система, щоб у ній відбувались вільні коливання. Розглянемо коливання тягарця на пружині. У наведених прикладах система здійснює коливання біля положення стійкої рівноваги. Чому ж коливання виникають саме поблизу цього положення системи? Справа в тому, що у разі відхилення системи від положення стійкої рівноваги рівнодійна всіх сил, прикладених до тіла, прагне повернути систему в початкове положення. Ця рівнодійна називається повертальною силою. Однак, повертаючись у положення рівноваги, система внаслідок інерції проскакує його. Після цього виникає повертальна сила, напрямлена тепер у протилежний бік, так і виникають коливання.

Щоб коливання продовжувалися тривалий час, необхідно щоб сила тертя або сили опору були достатньо малими.

 

Умови виникнення вільних коливань:

1. Система повинна перебувати біля положення стійкої рівноваги.

2. Сили тертя (опору) повинні бути достатньо малими.

 

 

Чим вимушені коливання відрізняються від вільних коливань?

Тіло або систему тіл можна змусити здійснювати коливання, прикладаючи зовнішню періодичну силу. Скажімо, гойдалку можна розгойдувати, періодично її підштовхуючи.

Є дві основні відмінності вимушених коливань від вільних.

а)Частота вільних коливань визначається характеристиками самої системи. Вона називається власною частотою та позначається звичайно .

Частота ж вимушених коливань завжди дорівнює частоті періодичної змушуючої сили.

б)Амплітуда вимушених коливань не зменшується з часом, навіть якщо в системі присутнє тертя, оскільки втрати механічної енергії, зумовлені тертям, відновлюються за рахунок роботи зовнішніх сил.

 

 Систему тіл, у якій можуть виникати вільні коливання, називають коливальною системою.

Прикладами коливальних систем, які можуть здійснювати власні коливання, є математичний та пружинний маятники:

 

 

Якщо в коливальній системі немає жодних втрат енергії, то коливання триватимуть як завгодно довго — їхня амплітуда з часом не змінюватиметься. Такі коливання називають незатухаючими.

Однак у будь-якій коливальній системі завжди є втрати енергії: під час механічних коливань енергія витрачається на доланню сил тертя, деформацію; під час електромагнітних — на нагрівання провідників, випромінювання електромагнітних хвиль та ін. У результаті амплітуда коливань із часом зменшується, і через певний проміжок часу, якщо немає надходжень енергії від зовнішнього джерела, коливання припиняються (затухають). Тому вільні коливання завжди є затухаючими.

Існують коливальні системи, в яких незатухаючі коливання відбуваються внаслідок здатності системи самостійно регулювати надходження енергії від постійного джерела. Такі системи називаються автоколивальними, а процес незатухаючих коливань у таких системах — автоколиваннями.

 

Фізичні величини, що характеризують коливальний рух 

Зміщення — це фізична величина, що дорівнює відстані, на яку тіло в ході коливання відхилилося від положення рівноваги в даний момент часу.

Амплітуда коливань – це фізична величина, яка дорівнює максимальному зміщенню:

А = Хmах

За одне повне коливання тіло проходить шлях l₀ , який приблизно дорівнює чотирьом амплітудам:

l₀ =4A

Одиниця зміщення та одиниця амплітуди коливань у СІ — метр (м).

Амплітуда вільних коливань визначається початковими умовами, тобто тією енергією, яка була передана тілу в момент, коли воно було виведене з положення рівноваги.

 

Період коливань Т– мінімальний інтервал часу, через який відбувається повторення руху тіла.

Т = t / N

де — час коливань; N— число повних коливань за цей проміжок часу.

Одиниця періоду коливань у СІ — секунда (с).

Частота коливань ν – кількість коливань, здійснених за одиницю часу.

ν = N / t

Одиниця частоти коливань у СІ — герц (Гц). 1 Гц дорівнює частоті коливань, у ході яких тіло за 1с здійснює одне повне коливання.

Зв’язок між частотою і періодом:

ν = 1 / Т.

 

Частоту вільних коливань називають власною частотою коливальної системи.

Циклічна частота коливань ω визначає кількість коливань, що відбуваються за 2π секунд.

ω = 2πν = 2π / T.

Одиниця циклічної частоти коливань у СІ — радіан на секунду (рад/с або с^-1).

 

У багатьох коливальних системах у разі малих відхилень від положення рівноваги модуль повертальної сили, отже й модуль прискорення, прямо пропорційний модулю зміщення відносно положення рівноваги.

В такому випадку зміщення залежить від часу за законом косинуса (синуса ).

Якщо тягарець масою m зміщений від положення рівноваги на величину х, то на нього діє сила пружності

F = - kx.

За другим законом Ньютона

F = ma.

Рівняння, що описує рух тягарця має вигляд:

ma = - kx

a= - kx /m

Позначимо:

ω²= k / m

a= - ω² x – називається диференціальним рівнянням.

Розв’язок цього рівняння є функція: x = Xmax cosωt

 

Гармонічні коливання – періодичні зміни фізичної величини з часом, які відбуваються за законом синуса або косинуса.

За гармонічним законом при механічних коливаннях змінюються координати тіла, швидкість, прискорення.

Коливання, під час яких координата тіла, що коливається, змінюється з часом за законом косинуса (або синуса), називають гармонічними коливаннями.

х = А sin (ωt + φ₀.)

х = А соs (ωt + φ₀.)

 

де φ= ωt + φ₀ – фаза коливань; φ₀– початкова фаза коливань – фаза коливань у момент початку відліку часу (t=0, φ= ωt + φ₀= φ₀).

 

Амплітудою гармонічних коливань А називається модуль найбільшого зміщення тіла від положення рівноваги.

 

Аргумент синуса і косинуса називається фазою коливань. Вона визначає, яка частина повного коливання здійснюється на даний момент.

 

Фаза коливань φ – це фізична величина, яка характеризує стан коливальної системи в довільний момент часу.

 

Графік залежності координати тіла, що коливається, від часу називають графіком коливань.

 

Графік гармонічних коливань має вигляд кривої, яку в математиці називають синусоїдою або косинусоїдою.

 

                х = А sin ωt  (рис. а)                          х = А соs (ωt + φ₀.)    (рис. б)

Завдання : переглянути відео, написати та вивчити конспект !