Разработка урока по теме Колебания. Гармонические колебания

Тип урока: урок формирования новых знаний.

Цели урока:

  • формирование представлений о колебаниях, как о физических процессах;
  • выяснение условий возникновения колебаний;
  • формирование понятия о гармоническом колебании, характеристиках колебательного процесса;
  • формирование понятия резонанса, его применение и методы борьбы с ним;
  • формирование чувства взаимопомощи, умения работать в группах, парах;
  • развитие самостоятельности мышления

Оборудование: пружинный и математический маятники, проектор, компьютер, презентация преподавателя, диск «Библиотека наглядных пособий», листок усвоения знаний учащимися, карточки с обозначениями физических величин, текст «Явление резонанса».

На каждом столе лист усвоения знаний для каждого учащегося, текст о явлении резонанса.

Ход урока

I. Мотивация.

Учитель: Чтобы вы поняли, о чём сегодня пойдёт речь на уроке, прочтите отрывок из стихотворения «Утро» Н.А. Заболоцкого

Рождённый пустыней,
Колеблется звук,
Колеблется синий
На нитке паук.
Колеблется воздух,
Прозрачен и чист,
В сияющих звёздах
Колеблется лист.

(слайд 1 презентации)

Итак, сегодня мы будем говорить о колебаниях. Подумайте и назовите, где встречаются колебания в природе, в жизни, в технике.

Учащиеся называют разные примеры колебаний (слайд 2).

Учитель: Что же общего между всеми этимидвижениями?

Учащиеся: Эти движения повторяются (слайд 3).

Учитель: Такие движения называются колебаниями. Сегодня мы о них будем говорить. Запишите тему урока (слайд 4).

II. Актуализация знаний и изучение нового материала.

Учитель: Мы должны:

  1. Выяснить, что такое колебание?
  2. Условия возникновения колебаний.
  3. Виды колебаний.
  4. Гармонические колебания.
  5. Характеристики гармонического колебания.
  6. Резонанс.
  7. Решение задач (слайд 5).

Учитель: Посмотрите на колебания математического и пружинного маятников (демонстрируются колебания). Абсолютно ли точно повторяются колебания?

Учащиеся: Нет.

Учитель: Почему? Выясняется, что мешает сила трения. Так что же такое колебание? (слайд 6)

Учащиеся: Колебания – это движения, которые точно или приблизительно повторяются с течением времени (слайд 6, щелчок мышью). Определение записывается в тетрадь.

Учитель: Почему так долго продолжаются колебания? (слайд 7) На пружинном и математическом маятниках объясняется при помощи учащихся превращение энергии при колебаниях.

Учитель: Выясним условия возникновения колебаний. Что нужно, чтобы начались колебания?

Учащиеся: Нужно толкнуть тело, приложить к нему силу. Чтобы колебания длились долго, нужно уменьшить силу трения (слайд 8), условия записываются в тетрадь.

Учитель: Колебаний встречается очень много. Попробуем их классифицировать. Демонстрируются вынужденные колебания, на пружинном и математическом маятниках – свободные колебания (слайд 9). Учащиеся записывают в тетрадь виды колебаний.

Учитель: Если внешняя сила постоянная, то колебания называются автоматическими (щелчок мышью). Учащиеся в тетрадь записывают определения свободных (слайд 10), вынужденных (слайд 10, щелчок мышью), автоматических колебаний (слайд 10 щелчком мыши).

Учитель: Ещё колебания бывают затухающие и незатухающие (слайд 11 щелчком мыши). Затухающие колебания – это колебания, которые, под действием сил трения или сопротивления, со временем уменьшаются (слайд 12), показываются эти колебания на графике на слайде.

Незатухающие колебания – это колебания, которые со временем не изменяются; силы трения, сопротивления отсутствуют. Для поддержания незатухающих колебаний необходим источник энергии (слайд 13), показываются эти колебания на графике на слайде.

Даны примеры колебаний (слайд 14).

1 вариант выписывает примеры затухающих колебаний.

2 вариант выписывает примеры незатухающих колебаний.

  1. колебания листьев на деревьях во время ветра;
  2. биение сердца;
  3. колебания качелей;
  4. колебание груза на пружине;
  5. перестановка ног при ходьбе;
  6. колебание струны после того, как её выведут из положения равновесия;
  7. колебания поршня в цилиндре;
  8. колебание шарика на нити;
  9. колебание травы в поле на ветру;
  10. колебание голосовых связок;
  11. колебания щёток стеклоочистителя (дворники в машине);
  12. колебания метлы дворника;
  13. колебания иглы швейной машины;
  14. колебания корабля на волнах;
  15. размахивание руками при ходьбе;
  16. колебания мембраны телефона.

Учащиеся среди приведенных колебаний выписывают по вариантам примеры свободных и вынужденных колебаний, затем меняются информацией, работают в парах (слайд 15). Также выполняют задания по разделению на затухающие и незатухающие колебания в этих же примерах, затем меняются информацией, работают в парах.

Учитель: Вы видите, что все свободные колебания являются затухающими, а вынужденные колебания – незатухающими. Найдите среди приведённых примеров автоматические колебания. Учащиеся выставляют себе оценку в листок усвоения знаний в пункт 1 листка усвоения знаний (Приложение 1)

Учитель: Среди всех видов колебаний выделяют особый вид колебаний – гармонические.

На пособии «Библиотека наглядных пособий» демонстрируется модель гармонических колебаний (механика, модель 4 гармонические колебания) (слайд 16).

График какой математической функции получается на модели?

Учащиеся: Это график функции синуса и косинуса (слайд 16 щелчком мыши).

Учащиеся записывают в тетрадь уравнения гармонических колебаний.

Учитель: Теперь нам нужно рассмотреть каждую величину в уравнении гармонического колебания. (На математическом и пружинном маятниках показывается смещение Х) (слайд 17). Х-смещение – отклонение тела от положения равновесия. Какая единица измерения смещения?

Учащиеся: Метр (слайд 17, щелчок мышью).

Учитель: На графике колебаний определите смещение в моменты времени 1 с, 2 с, 3 с, 4 с, 5 с, 6 с и т.д. (слайд 17, щелчок мышью). Следующая величина – Х мах. Что это?

Учащиеся: Максимальное смещение.

Учитель: Максимальное смещение называется амплитудой (слайд 18, щелчок мышью).

Учащиеся на графиках определяют амплитуду затухающих и незатухающих колебаний (слайд 18, щелчок мышью).

Учитель: Прежде чем рассматривать следующую величину, вспомним понятия величин, изученных на 1 курсе. Давайте посчитаем число колебаний на математическом маятнике. Можно ли определить время одного колебания?

Учащиеся: Да.

Учитель: Время одного полного колебания называется периодом – Т (слайд 19, щелчок мышью). Измеряется в секундах (слайд 19, щелчок мышью). Можно рассчитать период по формуле, если он очень мал (слайд 19, щелчок мышью). На графике разными цветами отмечены точки.

Учащиеся на графике определяют период, находя его между разными по цвету точками.

Учитель на математическом маятнике демонстрирует разную частоту при разной длине маятника. Частота ν – число полных колебаний за единицу времени (слайд 20).

Единица измерения – Гц (слайд 20 щелчок мышью). Между периодом и частотой существуют формулы связи. ν=1/Т Т=1/ν (слайд 20 щелчок мышью).

Учитель: Функция синуса и косинуса повторяется через 2π. Циклической (круговой) частотой ω (омега) колебаний называется число полных колебаний, которые совершаются за 2π единиц времени (слайд 21). Измеряется в рад/с (слайд 21, щелчок мышью) ω=2πν (слайд 21, щелчок мышью).

Учитель: Фаза колебания – (ωt+ φ0) – это величина, стоящая под знаком синуса или косинуса. Измеряется в радианах (рад) (слайд 22).

Фаза колебания в начальный момент времени (t=0) называется начальной фазой – φ0. Измеряется в радианах (рад) (слайд 21, щелчок мышью).

Учитель: А теперь повторяем материал.

а)Учащимся показываются карточки с величинами, они называют эти величины. (Приложение 2)

б) Учащимся показываются карточки с единицам измерения физических величин. Нужно назвать эти величины.

в) Каждой четвёрке учащихся даётся карточка с какой-либо величиной, нужно все о ней рассказать по плану на слайде 23. Затем группы меняются карточками с величинами и выполняют то же задание.

Учащиеся выставляют себе оценки в листок успеваемости (пункт 2 Приложение 1)

Учитель: Мы сегодня работали с пружинным и математическим маятниками, формулы периодов этих маятников рассчитываются по формулам. На математическом маятнике демонстрирует периоды колебаний при разной длине маятника.

Учащиеся выясняют, что период колебаний зависит от длины маятника (слайд 24)

Учитель на пружинном маятнике демонстрирует зависимость периода колебаний от массы груза и жёсткости пружины.

Учащиеся выясняют, что период колебаний зависит от массы прямо пропорционально и от жёсткости пружины обратно пропорционально (слайд 25)

Учитель: Как выталкивают машину, если она застряла?

Учащиеся: Нужно дружно по команде раскачивать машину.

Учитель: Правильно. При этом мы используем физическое явление, названное резонансом. Резонанс возникает только в том случае, когда частота собственных колебаний совпадает с частотой вынуждающей силы. Резонанс – это резкое возрастание амплитуды вынужденных колебаний (слайд 26). На пособии «Библиотека наглядных пособий» демонстрируется модель резонанса (механика, модель 27 «Раскачивание пружинного маятника» на частоте >2Гц).

Учащимся предлагается провести маркировку текста о влиянии резонанса. Пока выполняется работа, звучит «Лунная соната» Бетховена и вальс цветов Чайковского (Приложение 4). Маркировка текста производится следующими знаками (они находятся на стенде в кабинете): V – заинтересовало; + знал; – не знал; ? – хотел бы знать больше. Текст остаётся у каждого учащегося в тетради. На следующем уроке нужно вернуться к нему и ответить на вопросы учащихся, если они не найдут ответов дома.

III. Закрепление материала.

проходит в виде задач (слайд 27). Задача разбирается у доски.

Учащимся предлагается самостоятельно решить задачи по вариантам на листках успеваемости (слайд 28) В результате работы на уроке преподаватель выставляет общую оценку.

IV. Итоги урока.

Учитель: Что нового узнали сегодня на уроке?

V. Домашнее задание.

Всем выучить конспект урока. Решить задачу: по уравнению гармонического колебания найти всё, что можно (слайд 29). Найти ответы на вопросы при маркировке текста. Желающие находят материал о пользе резонанса и вреде резонанса (можно сделать сообщение, реферат, приготовить презентацию).

Приложение 3.

Следующий: