Лабораторная работа по физике «Вынужденные механические колебания. Резонанс» (9–11 классы)
Лабораторная работа
Вынужденные механические колебания. Резонанс
Цель работы: изучить особенности вынужденных колебаний; сформировать умения и навыки построения резонансной кривой, определения частоты резонанса.
Оборудование, технические и программные средства: персональный компьютер с доступом в сеть Интернет к сайту Виртуальная лаборатория по физике http:www.virtulab.ru
Задание 1. Изучите зависимость амплитуды колебаний маятника от времени при заданной частоте.
Методические указания по выполнению задания
Повторите тему «Свободные и вынужденные колебания».
Зайдите на сайт www.virtulab.net. Перейдите на страницу с моделью вынужденных колебаний: Физика- 1.1. Механические явления – Изучение свободных и вынужденных колебаний. Рассмотрите элементы виртуальной модели. Убедитесь в знании каждой количественной характеристики модели:
собственная частота колебаний маятника 
;
амплитуда колебаний системы (маятника) 
;
частота внешней силы 
;
амплитуда внешней силы 
;
жесткость пружины 
.
Изменяя частоту вынуждающей силы , пронаблюдайте за изменением характера движения тела на пружине.
Оформите таблицы для записи результатов измерений:
|
Частота вынуждающей силы |
|
|
|
Вид резонансной кривой |
||
|
Амплитуда колебаний системы |
Сделайте вывод о том, каким образом зависит амплитуда колебаний маятника от частоты вынуждающей силы.
Задание 2. Изучите особенности явления резонанса.
Методические указания по выполнению задания
Задайте значение частоты внешней силы равным 3,16 (именно такая частота колебаний маятника). Как изменилась амплитуда колебаний маятника?
Изучите и изобразите вид резонансной кривой при данной частоте (раздел Амплитудно-частотная характеристика).
Что произошло с амплитудой колебаний маятника?
Резонансом - это явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний при совпадении частоты вынуждающей силы с собственной частотой колебательной системы (маятника).
Оформите таблицу для записи результатов измерений:
|
№ опыта |
Жёсткость пружины |
Масса груза |
Частота |
Амплитуда колебаний |
|
1. |
15 Н/м |
1 кг |
||
|
2. |
15 Н/м |
2 кг |
Задайте жёсткость пружины равной 15 Н/м. Массу груза оставьте равной 1 кг. Определите, при какой частоте наступит резонанс? Какова амплитуда колебаний маятника? Результаты измерений занесите таблицу (опыт №1).
Определите с помощью модели, как зависит частота амплитуда колебаний системы от массы груза. Результаты измерений занесите в таблицу (опыт №2). Ответ обоснуйте.
Контрольный вопрос
В 1908 г. в Петербурге сильно раскачался и в результате этого обрушился так называемый Египетский мост через реку Фонтанку, когда по нему проходил маршевым шагом (т.е. «в ногу») кавалерийский эскадрон. Почему именно в описанном случае вынужденные колебания моста достигли такой большой амплитуды? Можно ли было предотвратить аварию?
Критерии оценки лабораторной работы:
|
Балл |
Уровень освоения |
Критерии оценивания |
|
5 |
Максимальный |
Лабораторная работа аккуратно и верно выполнена в полном соответствии с требованиями, студент представил все задания работы без погрешностей и замечаний, на все вопросы при защите лабораторной работы дал правильные ответы. |
|
4 |
Повышенный |
Лабораторная работа выполнена в полном соответствии с требованиями, студент представил все задания работы с небольшими погрешностями в расчётах, на защите лабораторной работы затруднялся при ответах на некоторые вопросы, нуждался в уточняющих вопросах и подсказках со стороны преподавателя. |
|
3 |
Средний |
Лабораторная работа выполнена в соответствии с требованиями, студент представил все задания работы с существенными погрешностями в решении, неспособен правильно интерпретировать полученные результаты, на защите затруднялся и/или не ответил на большинство вопросов, нуждался в уточняющих вопросах и подсказках со стороны преподавателя. |
|
2 |
Ниже среднего |
Студент несамостоятельно выполнил лабораторную работу, неспособен пояснить выполнение ни одного задания, не ответил ни на один вопрос на защите. |
Внеаудиторная самостоятельная работа:
Решите задачи письменно в тетради:
Вагон массой 40 т имеет четыре рессора. При движении за счет толчков от стыков рельс вагон сильнее всего раскачивается, если промежуток времени, за который вагон проезжает расстояние между двумя последовательными стыками рельс, равен 2 с. Определите жесткость рессоры.
Найдите максимальную высоту, на которую поднимется груз математического маятника, если максимальное значение кинетической энергии 50 мДж, масса груза 100 г.
Мальчик несет на коромысле ведра с водой, период собственных колебаний которых 1,5 с. При скорости движения 0,7 м/с вода начнет особенно сильно выплескиваться. Какова длина шага мальчика?
