Интеллектуальная игра для учеников 11-х классов по теме "Резонанс"
Познание 21 век - все о науке, образовании и школах

Интеллектуальная игра для учеников 11-х классов по теме "Резонанс"

Игра проводится в рамках недели физики как командные соревнования между учащимися параллельных классов.

Цель: проверка знаний и умений у учащихся по заданной теме, их сообразительности и находчивости.

Учебно-воспитательные задачи:

  • Используя творческий потенциал класса организовать и направить групповую и индивидуальную деятельность учащихся.
  • В игровой форме развить у учащихся интерес к физике, расширить научный кругозор учащихся.
  • Поднять престиж умных, но не всегда популярных в классном коллективе учащихся.
  • Вовлечь в творческую работу по физике как можно большее число детей.

В игре участвуют две команды 11 классов. За 2 недели учащиеся получают задание придумать название команды и короткое приветствие, найти как можно больше примеров вредного проявления резонанса, примеров его использования и способов уменьшения вредного воздействия.

Оборудование: компьютер, проектор, приборы для демонстрации явления резонанса.

Вводное слово учителя физики

Мы живем в мире колебаний. Маятник стенных часов, фундамент быстроходной турбины, кузов железнодорожного вагона, струна гитары и т.д.

По современным воззрениям, все звуковые, тепловые, световые, электрические и магнитные явления, т.е. важнейшие физические процессы окружающего нас мира, сводятся к различным формам колебания материи.

Речь, средство общения людей, музыка, способная вызвать у людей сложные эмоции, - физически определяются так же, как и другие звуковые явления, колебаниями струн, воздуха, пластин и других упругих тел.

Колебания играют важную роль в таких ведущих областях техники, как электричество и радио. Выработка, передача и потребление электрической энергии, телефония, радиовещание, телевидение, радиолокация - все эти важные отрасли основаны на использовании электрических и электромагнитных колебаний.

С колебаниями мы встречаемся и в живом организме. Биение сердца, сокращение желудка, деятельность кишечника имеют колебательный характер.

Строители и механики имеют дело с колебаниями сооружений и машин. Кораблестроители - с качкой и вибрацией корабля и т. д.

Трудно назвать такую отрасль, где колебания не играли бы существенной роли.

При вынужденных колебаниях любого вида возможно явление, называемое резонансом (от лат. resono - звучу в ответ, откликаюсь). Резонансом называют явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний при совпадении частоты вынуждающей силы с собственной частотой колебательной системы.

Сегодня мы проверим ваши знания об этом явлении, вашу сообразительность и находчивость.

Представление команд и судей.

Приветствие команд.

1 раунд "Демонстрация явления"

Механический резонанс - маятники разной длины на одной струне.

Механический резонанс - раскачивание маятника периодически меняющейся силой (модель на компьютере). Физика 7-11. Библиотека наглядных пособий.

Механический резонанс - работа частотомера.

Акустический резонанс - трубка с водой и камертон без резонатора.

Акустический резонанс- струна в штативе и гитара.

Резонанс в электрической цепи - колебательный контур с лампочкой и генератор низкой частоты.

Ученики должны показать явление резонанса и объяснить, почему оно возникает.

2 раунд "Конкурс капитанов"

К концу пружины маятника, груз которого имеет массу 1 кг, приложена переменная сила, частота колебаний которой равна 16 Гц. Будет ли при этом наблюдаться резонанс, если жесткость пружины 400 Н/м? (Нет).

Будут ли настроены в резонанс два колебательных контура, имеющих емкость 400 пФ и 300 пФ и индуктивности 6 мГн и 7 мГн соответственно? Как нужно изменить емкость или индуктивность второго колебательного контура, чтобы оба контура были настроены в резонанс?

Капитаны решают задачи на одной доске, а команды помогают выбрать нужные формулы для решения. На другой доске написаны формулы из разных тем, участники по очереди выходят и обводят мелом формулы из данной темы.

Качественные вопросы для обсуждения:

Рассказывают, что при пении Ф.И. Шаляпина дрожали (резонировали) хрустальные подвески люстр. От того ли, что голос был громким? Вовсе нет. А от чего?

Участникам туристической эстафеты предлагалось перейти речку по перекинутому через неё бревну. Но случилось так, что собственная частота колебаний мостика была очень близка к частоте шагов спортсменов и : далее ясно. Почти все падали в речку. А один (студент-физик) быстро преодолел мостик, понаблюдав предварительно за неудачниками. Что осложняло процедуру преодоления, и что придумал студент?

Почему при некоторой скорости движения оконные стекла в пассажирском автобусе начинают дребезжать?

Когда несут ведро с водой, то вода при некоторой скорости начинает выплескиваться из ведра. Почему это происходит и как прекратить выплескивание?

3 раунд "Вред и польза резонанса"

Каждая команда должна перечислить как можно больше примеров вреда или использования резонанса, чего именно, решает жребий. Команда противников может добавить свои примеры.

Вред:

  • Разрушение сооружений.
  • Обрыв проводов.
  • Расплескивание воды из ведра.
  • Раскачивание вагона на стыках рельсов.
  • Вибрации в трубопроводах.
  • Раскачивание груза на подъёмном кране.

Использование:

  • Растворение порошкового молока в воде.
  • Резонаторы в музыкальных инструментах.
  • Магнитно-резонансное обследование организма.
  • Раскачивание качелей.
  • Раскачивание языка колокола.
  • Резонансные замки и ключи.

4 раунд "Способы борьбы с резонансом"

Существует несколько возможностей исключения вредного действия резонанса:

  • Уклонение от резонанса путем изменения частоты собственных колебаний.
  • Организация взаимонейтрализации двух (или более) вредных действий.
  • Введение второго внешнего действия в противофазе к вредному.
  • Самонейтрализация вредного действия путем его разделения на два, сдвига одного из них по фазе и их столкновение.
  • Самонейтрализация вредного действия путем введения дополнительных грузов со смещающимся центром тяжести.
  • Ликвидация источника внешнего действия.

Командам предлагается придумать способ исключения вредного воздействия резонанса в следующих ситуациях:

  • Подбор и покупка хорошей акустической системы - это еще не гарантия того, что в конечном итоге вы получите звук, на который рассчитываете. Очень важно грамотно установить и настроить все компоненты системы. Причем настройка аппаратуры обязательно должна производиться не только с учетом компонентного состава системы, но и с учетом самого помещения, которое впоследствии будет наполнено звуком.

Если слушать музыку или смотреть кинофильм с высоким качеством звукового сопровождения в стандартной комнате, может возникнуть ощутимое явление резонанса. Если помещение имеет хотя бы две параллельные поверхности, то оно будет работать как акустический резонатор. В этом случае будет сильно усиливаться звук на определенных частотах. Таким образом, АЧХ (амплитудно-частотная характеристика) акустической системы с учетом помещения станет очень нелинейной, что сильно ухудшит звучание. Появляется эффект "гудящей" комнаты. Как от него избавиться?

Для устранения явления резонанса необходимо слегка изменять наклон поверхностей, чтобы среди них не было двух параллельных. Достаточно совсем небольшого изменения (до 2-3 градусов). Как правило, для этого изменяют наклон или сходимость поверхностей двух смежных стен (например, в процессе установки звукоизолирующих панелей) и потолка (при установке акустических потолков).

  • Железнодорожный вагон является колебательной системой, которая может сильно раскачаться оттого, что при движении получает периодические удары, вызывающие вынужденные колебания. Как устранить ударную нагрузку на вагон при наезде колеса на стык рельса?

Делать стык косым под углом 45 град. к оси рельса. Накатываясь на следующий отрезок рельса, колесо продолжает еще катиться по предыдущему отрезку, при этом оно не встречает промежутка между рельсами, перпендикулярного образующей колеса, и бесшумно перекатывается с одного отрезка на другой. )

  • В странах Востока, например в Японии, во время землетрясения часто бывало так, что разрушались железобетонные здания, стальные мосты, а деревянные пагоды стояли как ни в чем ни бывало. В чем был секрет пагод?

Секрет пагод на хорошем изобретательском уровне: внутри каждой пагоды древние строители подвешивали сверху вниз длинную деревянную балку с грузом на конце. Частоту колебаний этого своеобразного маятника подбирали такой, что во время землетрясения он раскачивался в противофазе с самой постройкой, помогая гасить колебания.

  • Во многих городах мира строятся небоскребы высотой в десятки метров. Железобетонный каркас супернебоскребов должен выдерживать на большой высоте напор ветра, дующего со скоростью 150 км/час. Как предотвратить раскачивание зданий?

В одном из нью-йоркских небоскребов на верхнем этаже установлен скользящий противовес массой 365 тонн, который нейтрализует воздействие ветровой нагрузки и демпфирует колебания здания. В Японии одна из строительных компаний реализовала более простое решение: на крыше небоскреба устанавливается огромный резервуар с водой. Из-за огромной массы и инерционности жидкость реагирует на сотрясения с запозданием. Колебания здания нейтрализуются и в значительной степени гасятся.

Подведение итогов, награждение победителей.

Источники информации:

  1. Физика 11 класс. С. .А. Тихомирова, Б. М. Яворский.
  2. Физика 9 класс. П. Г. Саенко.
  3. Физика 9 класс. И. Н. Кикоин, А. Н. Кикоин.
  4. Физика 7-11. Библиотека наглядных пособий.
  5. http://www.trizminsk.org/e/21101450.htm.
  6. http://www.sintegra.ru/functions/leisure/acoustic/resonance/
Читать еще:

Отзывы (через аккаунты в социальных сетях Вконтакте, Facebook или Google+):

Оставить отзыв с помощью аккаунта ВКонтакте:

Оставить отзыв с помощью аккаунта FaceBook:

Оставить отзыв с помощью аккаунта Google+:

Подписаться на новые статьи:


Школьные занятия:
 
Контакты Научно-популярный портал "Познание - XXI век".
111672, г. Москва, ул. Новокосинская, д. 15, корп. 7.
Для связи E-mail: . poznanie21@yandex.ru