№4 зертханалық жұмыс. Беттік толқындардың таралу жылдамдығын анықтау
Жұмыста толқындық ваннадағы (немесе кең ыдыстағы) су бетінде толқындар туғызып, толқын ұзындығын λ сызғышпен өлшейді және тербеліс жиілігін ν анықтайды. Толқындардың таралу жылдамдығын v = λ·ν формуласы бойынша табады да, өркештің белгілі қашықтықты жүріп өтуге кеткен уақытын тікелей өлшеп тексереді.
Жұмыстың мақсаты. Су бетіндегі толқындардың таралу жылдамдығын толқын ұзындығы мен жиілігі бойынша, сондай-ақ толқын өркешінің жүрген жолы мен уақыты бойынша эксперимент түрінде анықтау.
Осы тақырыпқа ҚМЖ жасауОқу мақсаттары
- 9.2.5.14су бетіндегі толқындардың таралу жылдамдығын эксперимент түрінде анықтау
Құрал-жабдықтар
- толқындық ванна (кювета) немесе су құйылған кең жалпақ ыдыс
- толқын көзі: толқындық ваннаның вибраторы немесе суға ырғақты түрде тигізілетін таяқша (қарындаш)
- сызғыш немесе өлшеуіш таспа
- секундомер
- вибратор болмаса, бірқалыпты ырғақ үшін метроном (немесе метроном қосымшасы)
- өркештерді бақылауға арналған шам және ақ қағаз (экран) — бар болса
Жұмыс барысы
- 1
Ваннаға 1–2 см қабатпен су құйып, су беті тынышталғанша күтіңіз. Судың тереңдігін өлшеп, жазып алыңыз.
- 2
Вибраторды қосыңыз (немесе метроном ырғағымен суға таяқшаны тигізіп тұрыңыз), су бетімен біркелкі толқындар таралсын.
- 3
Жиілікті анықтаңыз: вибратордың шкаласы болса, оның көрсеткішін жазыңыз; суға өзіңіз тигізсеңіз, t уақыт ішіндегі (мысалы, 20 с) тигізулер санын N санап, ν = N/t есептеңіз.
- 4
Сызғышты толқындардың таралу бағытымен қойып, көршілес бірнеше өркештің біріншісі мен соңғысының арақашықтығын l өлшеңіз; олардың арасындағы аралықтар санын n санаңыз.
- 5
Толқын ұзындығын λ = l/n және жылдамдықты v = λ·ν есептеңіз.
- 6
Тексеру үшін суға бір рет тигізіп, жалғыз толқын туғызыңыз да, өркештің тиген жерден s қашықтықтағы ванна қабырғасына дейін жетуге кеткен t уақытын өлшеңіз. 3 рет қайталап, v = s/t есептеңіз.
- 7
Тербеліс жиілігін өзгертіп, өлшеулерді қайталаңыз. Толқын ұзындығы мен жылдамдықтың қалай өзгеретінін белгілеңіз.
- 8
Екі әдіспен алынған жылдамдық мәндерін салыстырып, айырмашылықтың себептерін көрсетіңіз.
Қысқаша теория
Толқын — тербелістің кеңістікте таралуы. Су бетімен толқын жүргенде су бөлшектері өздерінің тепе-теңдік қалпының маңында тербеледі, ал бет бойымен зат емес, энергия тасымалданады: жеңіл қалтқы жоғары-төмен тербеледі, бірақ толқынмен бірге ағып кетпейді.
Толқын ұзындығы λ — көршілес екі өркештің (немесе ойыстың) арақашықтығы. Период T — бір толық тербеліс уақыты, жиілік ν = 1/T — 1 с ішіндегі тербеліс саны, ХБЖ-да ол герцпен (Гц) өлшенеді. Бір период ішінде толқын толқын ұзындығына тең қашықтыққа таралады, сондықтан оның таралу жылдамдығы v = λ/T = λ·ν.
Толқын жылдамдығын тікелей де табуға болады: v = s/t, мұндағы s — таңдалған өркештің жүрген жолы, t — оның қозғалыс уақыты. Екі әдіс жақын мән берсе, бұл v = λ·ν формуласын растайды.
Беттік толқындардың жылдамдығы ортаның қасиеттеріне, соның ішінде тереңдікке байланысты: таяз суда толқындар баяуырақ таралады. Тереңдік өзгермей, толқын көзінің жиілігі артса, өркештер бір-біріне жақындайды — толқын ұзындығы кемиді. λ-ны дәлірек табу үшін бірнеше өркештің арасындағы l қашықтықты өлшеп, оны олардың арасындағы аралықтар санына n бөледі: λ = l/n.
Виртуалды тәжірибе
Виртуалды толқын ваннасында жүгірткілермен жиілік пен амплитуданы орнатып, сызғыш пен секундомерді қосыңыз: сызғышпен бірнеше өркештің арақашықтығын өлшеп λ-ны, секундомермен бірнеше тербелістің уақытын өлшеп ν = N/t табыңыз. v = λ·ν есептеңіз, содан кейін жиілікті өзгертіп, толқын ұзындығының қалай өзгеретінін тексеріңіз.
Бұл жұмысқа симуляция дайындалуда. Әзірге пәннің зертханасын ашыңыз. Физика зертханасы
Өлшеу кестесі
№4 зертханалық жұмыс · Физика, 9 сынып. Беттік толқындардың таралу жылдамдығын анықтау
Аты-жөні, сыныбы: ____________________ Күні: __________
| Тәжірибе № | Қашықтық l, м | Аралықтар саны n | Толқын ұзындығы λ, м | Жиілік ν, Гц | Жылдамдық v = λ·ν, м/с | Жылдамдық v = s/t, м/с |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | ||||||
| 2 | ||||||
| 3 |
Есептеу және қорытынды
Толқын ұзындығы: λ = l / n; жиілік: ν = N / t; жылдамдық: v = λ·ν.
Мысалы, өркештер арасындағы 4 аралық l = 8,0 см болса, λ = 2,0 см = 0,020 м; жиілік ν = 10 Гц болғанда жылдамдық v = 0,020 · 10 = 0,20 м/с.
Тексеру: жалғыз өркеш s = 0,30 м қашықтықты t = 1,5 с ішінде жүріп өтсе, v = 0,30 / 1,5 = 0,20 м/с — мәндер сәйкес келеді.
Салыстырмалы қателік: ε = Δλ/λ + Δν/ν. Мысалы, Δl = 0,2 см (онда Δλ = 0,05 см) және Δν = 0,5 Гц болғанда: ε ≈ 0,025 + 0,05 = 0,075, яғни шамамен 8 %.
Қорытынды үлгісі: Жұмыс барысында су бетіндегі толқындардың таралу жылдамдығын анықтадым: v = λ·ν формуласы бойынша … м/с, өркештің жолы мен уақыты бойынша … м/с шықты. Жиілік артқанда толқын ұзындығы …. Нәтижелердің айырмашылығы … байланысты.
Бақылау сұрақтары
Толқын нені тасымалдайды?
Жауабын көру
Тербеліс энергиясын. Су бөлшектері тек тепе-теңдік қалпының маңында тербеледі, толқынмен бірге орын ауыстырмайды.
Толқын ұзындығы деп нені атайды?
Жауабын көру
Көршілес екі өркештің (ойыстың) арақашықтығын, яғни толқынның бір период ішінде жүрген жолын.
Толқын ұзындығын неге бірнеше өркеш бойынша өлшейді?
Жауабын көру
Көршілес өркештердің арақашықтығы аз, сызғыштың қателігі онымен шамалас. Бірнеше өркеш арасындағы қашықтықты өлшеп, аралықтар санына бөлсе, салыстырмалы қателік азаяды.
Су тереңдігі өзгермей, толқын көзінің жиілігі артса, толқын ұзындығы қалай өзгереді?
Жауабын көру
Толқын ұзындығы кемиді: өркештер бір-біріне жақынырақ орналасады.
Беттік толқындардың жылдамдығы неге тәуелді?
Жауабын көру
Ортаның қасиеттеріне, соның ішінде судың тереңдігіне: таяз суда толқындар баяуырақ таралады.
Қауіпсіздік техникасы
- Вибратор мен шамды дымқыл қолмен қоспаңыз; сымдар мен розеткаларға су тимеуін қадағалаңыз.
- Ваннаны орнықты горизонталь үстелге қойыңыз, оны тек бос күйінде тасыңыз.
- Төгілген суды бірден сүртіңіз, ешкім тайып жығылмасын.
- Жарықтандырғыштың қызған шамын ұстамаңыз.
Мұғалімге
Осы жұмыстың тақырыбына ҚМЖ мен БЖБ-ны Bilim Plus Ұстаз кабинетінде ЖИ оқу мақсаттарының коды бойынша жинайды. Симуляцияны сыныпқа беруге не тақтаға шығаруға болады.
Жиі қойылатын сұрақтар
- Жұмысты құрал-жабдықсыз орындауға бола ма?
- Иә, тәжірибені виртуалды толқын ваннасында жасауға болады: толқын ұзындығын, жиілікті және жылдамдықты экранда өлшейсіз. Оны нақты тәжірибенің орнына зертханалық журналға есептеу-есептемеуді мұғалім шешеді.
- Қорытындыны қалай жазу керек?
- Екі әдіспен табылған толқын жылдамдығын өлшем бірлігімен көрсетіп, мәндерді салыстырыңыз, толқын ұзындығының жиілікке қалай тәуелді екенін сипаттаңыз және қателік себептерін атаңыз.
- Ванна астындағы экранда неге ашық және қараңғы жолақтар көрінеді?
- Толқын өркештері жинағыш линза сияқты жарықты жинайды, ал ойыстар оны шашыратады. Сондықтан экранда өркештер ашық жолақ, ойыстар қараңғы жолақ болып көрінеді.