Конспек урока “Характеристики пружинного и математического маятников”.

Урок по физике в 11классе

Тема “Характеристики пружинного и математического маятников”.

“ И на колебания надо решиться”

Ежи Лец.

Цели и задачи

: обобщить материал темы “Механические колебания”, способствовать формированию предметных компетенций:

• коммуникативной компетенции (сотрудничать и работать в команде, дискутировать и защищать свою точку зрения, выступать на публике);

• информационной компетенции (работать с понятийным аппаратом, обращаться к различным источникам данных, уметь видеть объект информации);

• исследовательской компетенции (получать и обрабатывать информацию, связывать воедино и использовать отдельные части знания).

Оборудование урока:

компьютер,мультимедийный проектор, экран, презентация“Поговорим о колебаниях”, справочники по физике и математике.

Форма организации деятельности учащихся:

• индивидуальная работа и работа в группах

Стихи поэтов серебряного века позволяют формировать чувство прекрасного, обогащать образное мышление учащихся, восполнять недостающие эмоции.

План урока

Этап №1 Мотивационный ( решение задачи-разминки с последующим обсуждением)

Этап №2 Работа с понятийным аппаратом(работа в парах “блиц-опроса”)

Этап №3 Решение видеозадачи “Маятник”(групповая работа)

Этап №4 Экспериментальное задание

Этап №5 Рефлексия (работа с листком самоанализа)

Ход урока

Этап №1 Мотивационный

Учитель:

Человек знает физику, если он умеет решать задачи. Эти слова принадлежат выдающемуся физику Энрико Ферми. Сегодня на уроке нам предстоит проверить это утверждение. Начну урок с задачи–разминки: Школьник наблюдал по телевизору высадку астронавтов на Луну и вдруг…схватил секундомер и… в итоге определил ускорение свободного падения на Луне! Точность была невысока, но не в этом дело. Что такое увидел школьник на экране телевизора, какие измерения и вычисления проводил?

Ученик:

Возможно, это колебания какого-либо тела, тогда,определив период колебаний и длину этого тела,можно оценить ускорение свободного падения на Луне по формуле Гюйгенса для математического маятника.

Учитель:

Итак, на экране школьник наблюдал механические колебания тела. Отечественный ученый Александр Леонидович Чижевский –Леонардо да Винчи 20 века писал: “ Вся природа живая и неживая, все виды искусства – музыка,пение, архитектура, живопись, поэзия пронизаны ритмическими колебаниями”. Приглашаю Вас сегодня на уроке поговорить о колебаниях и не только… (слайд №1)

[pic]

Этап №2 Работа с понятийным аппаратом

Учитель:

1. Что такое механические колебания?

Ученик:

Механические колебания это движения, которые периодически или почти периодически повторяются через определенные интервалы времени.

Учитель:

У Николая Рубцова, – поэта серебряного века, есть такие строчки о механических колебаниях (слайд №2)

[pic]

Когда приютит задремавшее стадо
Семейство берез на холме за рекой,
Пастух, наблюдая игру листопада,
Лениво сидит и болтает ногой.

2.Каковы параметры колебательного движения?

Ученик:

Параметрами колебательного движения являются период, частота, амплитуда.

3. Что такое период?

Ученик:

Период – это физическая величина,которая показывает время одного полного колебания.

Учитель

Федор Сологуб так описывает периодичность механических колебаний (слайд №3)

[pic]

В тени косматой ели
Над шумною рекой.
Качает черт качели
Мохнатою рукой.
Качает и смеется,
Вперед, назад,
Вперед, назад.

4. Что такое частота?

Ученик:

Частота – это физическая величина,которая показывает число колебаний, совершенных телом за одну секунду.

5. Что такое амплитуда?

Ученик:

Амплитуда – это физическая величина,которая показывает максимальное смещение тела от положения равновесия.

6. Приведите примеры колебательных систем?

Ученик:

Примерами колебательных систем являются маятники – математический, пружинный,физический.

Учитель

Об одной из колебательных систем писал Александр Чижевский (слайд №4)

[pic]

Сижу, как в забытьи, бесцельные часы,
Смотрю, как предо мной колеблются весы,
Как стрелка движется, медлительно склоняясь
От средней линии размерно отклоняясь.

7.Какие виды механических колебаний вы знаете?

Ученик:

Механические колебания различают свободные, вынужденные и автоколебания.

8. Какие колебания называют свободными?

Ученик

: Свободными являются колебания в системе под действием внутренних сил, после того,как система выведена и положения равновесия.

9. Какие колебания называются вынужденными?

Ученик:

Вынужденными являются колебания в системе под действием внешних периодически изменяющихся сил.

Учитель:

Константин Бальмонт так описывает вынужденные колебания:

В замке был веселый бал,
Музыканты пели.
Ветерок в саду качал
Легкие качели (слайд №5)

[pic]

Как видите, в вопросах описания механических колебаний пресловутый спор между лириками и физиками отсутствует, и те, и другие в этом вопросе находятся в полном согласии.Удивительно, но факт, наблюдая колебания, можно определять разные физические величины. Например,Христиан Гюйгенс, наблюдая колебания люстры в соборе, подарил человечеству способ измерения времени. А вам сегодня на уроке, наблюдая колебания, предстоит найти способ определения массы тела.

Этап № 3 Решение видеозадачи (слайд №6,7)

Приглашаю вас в научную лабораторию Казанского Государственного университета (демонстрация видеозадачи “Маятник”).

“Хочешь сделать доброе дело, отбрось колебания”, – гласит персидская пословица.Отбросив все колебания, предлагаю объединиться в творческие группы и приступить к решению проблемы: “Как, наблюдая за колебаниями тела,определить его массу?” Результатом вашей исследовательской работы станет отчет руководителей групп.

[pic]

[pic]

Этап № 4 Экспериментальное задание: Исследование параметрических колебаний

Цель работы: Исследовать период параметрических колебаний ведерка с водой, подвешенного на длинном шнуре, если из отверстия в его дне постепенно вытекает вода.

Приборы и материалы:

• Секундомер

• Ведерко с отверстием на длинном шнуре;

• Подставка для слива вытекающей воды;

• Штатив.

Порядок выполнения работы:

1. Привязать ведерко с отверстием на дне к нити длиной 1м и прикрепить к штативу.

2. Расположить ведерко (маятник) над подставкой для слива вытекающей жидкости.

3. Наполнить ведерко водой (500г)

4. Вывести из положения равновесия маятник.

5. Измерить время 10 полных колебаний, определить период T1.

6. Продолжить измерять время следующих 10 колебаний, определить период T2, и т.д. до полного выливания воды.

7. Заполнить таблицу.

Таблица.

Число полных колебаний

N

Время полных 10 колебаний

t

Период

параметрических колебаний

T

Описание наблюдаемых колебаний

1.

Для данного маятника хорошим приближением является модель математического маятника: при вытекании воды (уровень понижается) длина нити увеличивается, период увеличивается. Затем происходит уменьшение периода вследствие повышения положения центра тяжести системы ведро-вода. Когда вода выльется целиком, период колебаний станет равным первоначальному, так как восстановится первоначальная длина.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

8. Проанализировать полученный результат, опираясь на систему «математический маятник»

9. Сделать вывод.

Вывод: в процессе исследования параметрических колебаний было установлено, что при уменьшении уровня жидкости в колеблющемся сосуде увеличивается длина, следовательно, период математического маятника до тех пор, пока на произойдет повышение центра масс колеблющейся системы, что приведет к уменьшению периода колебаний. При восстановлении первоначальной длины (вода полностью вылилась из ведерка), период станет равным первоначальному.

Учитель:

Вся природа живая и неживая ,все виды искусства – музыка ,пение, архитектура, живопись ,поэзия пронизаны ритмическими колебаниями.

Ритм – это воспроизведение одного и того же события или состояния через равные промежутки времени. Вся природа пронизана ритмическими колебаниями: чередование времен года, смена дня и ночи, океанские приливы и отливы, солнечная активность, геологические процессы, землетрясения…

Самым наглядным является суточный ритм. Считается, что сутки – как бы маленькая модель года. То есть за 24 часа человек проживает зиму, весну, лето и осень. Зимой резко замедляются биологические процессы в природе. Этому холодному времени года соответствует ночь, ночью организм отдыхает, снижается частота пульса, дыхание становится реже, понижается кровяное давление. Весна– утро жизни. Человек пробуждается, открывает веки, на сетчатку его глаза попадает свет. И тут же активизируется головной мозг, учащается дыхание, из легких в кровь поступает больше кислорода, ткани организма освобождаются от накопившихся за ночь шлаков. Постепенно в течение суток то усиливается, то снижается обмен веществ, что отражается на состоянии, настроении, работоспособности. Ученые утверждают, что существует единый внутренний график для всех людей: (слайд № 8):

[pic]

Этап № 5. Рефлексия

Учитель:

У вас на столе находится лист самоанализа, который позволит вам оценить свое психологическое состояние. Заполните его и сдайте. Мне тоже важно, с каким настроением вы уходите с урока физики (слайд№9)

[pic]

Подведение итогов, выставление оценок в журнал.

Лист самоанализа.

Выберите из каждой пары состояний то, которое наиболее соответствует Вашему состоянию после урока”:

1. Чувствую вдохновение (2балла) – чувствую подавленность (0баллов)_______________
2. Интересно (2балла)– не интересно (0баллов)__________________________________
3. Уверен в себе (2 балла) – не уверен в себе (0баллов)_____________________________
4. Не устал (2 балла) – устал (0баллов)_________________________________________
5. Старался (2 балла) – не старался (0баллов)_____________________________________
6. Доволен собой (2 балла) – не доволен собой (0баллов)_____________________________
7. Не раздражаюсь (2 балла) – раздражаюсь (0баллов)______________________________

Приложение №1

Опорный конспект №1 по теме: “Механические колебания”

1. Колебания – это движение или процессы, которые точно или приблизительно повторяются через определенные интервалы времени.

2. По способу возбуждения и характеру физических процессов:

3. Маятник – твердое тело, подвешенное на нити или на пружине, или закрепленное на оси, совершающее колебание под действием силы тяжести.

Колебания в одной плоскости

4. Колебательная система – система тел, способных совершать колебательные движения.

Пример: маятник.

5. Основное свойство колебательных систем – наличие положения устойчивого равновесия.

6. Колебания пружинного маятника.

[pic]

7. Условия колебаний:

1. при выведении тела из положения равновесия в системе должна возникнуть сила, стремящаяся вернуть его в положение равновесия.

2. силы трения в системе должны быть достаточно малы.

8. Основные характеристики колебательного движения.

1. Период - время одного полного колебания.

За период тело проходит расстояние, равное 4-м амплитудам.

2. Линейная частота – число колебаний за 1 секунду.

– период и линейная частота взаимообратные величины.

Математический маятник с короткой нитью имеет большую линейную частоту колебаний, чем математический маятник с длинной нитью.

“Т” и “” для данной колебательной системы – характерные только для данной системы величин.

3. Циклическая или круговая частота – число колебаний за 2π секунд.

4. Х [м] – смещение точки от положения равновесия в данный момент времени.

5. А=Хmax [м] – амплитуда – модуль максимального смещения тела от положения равновесия.

6. Фаза – физическая величина, описывающая состояние колебательной системы в данный момент времени.

– величина, стоящая под знаком синуса или косинуса.