Тип урока: изучение нового материала.
Форма организации урока: фронтальная, групповая и индивидуальная.
Методы: теоретический и экспериментальный.
Цели урока:
Образовательные: подготовка учащихся, усвоивших следующие знания:
- период и частота колебаний пружинного маятника зависят от массы груза и жёсткости пружины;
- период и частота колебаний математического маятника зависят от длины нити и ускорения свободного падения;
- период и частота колебаний маятников зависят только от параметров колебательной системы.
Цели по развитию: подготовка учащихся, овладевших следующими видами деятельности:
- получение научного факта о зависимости периода и частоты колебаний от параметров колебательной системы;
- распознавание параметров, от которых зависят период и частота колебаний маятников;
- воспроизведение конкретных ситуаций, доказывающих, что период и частота колебаний зависят только от параметров колебательной системы.
Воспитательные: подготовка учащихся, убедившихся в том, что:
- практика (опыт) – источник знаний;
- практика (опыт) – критерий истинности знаний;
- законы физики являются отражением тех связей, которые существуют в природе.
Сценарий урока
Организационный момент:
Учитель: Добрый день. Сегодня ми продолжаем изучать тему “Механические колебания”. На прошлых уроках мы рассмотрели, какие процессы можно назвать колебательными. Какие движения называют механическими колебаниями и провели классификацию колебаний. Вспомните, какие основные виды механических колебаний нам известны?
Ученики: Свободные, вынужденные и автоколебания.
Учитель: Кроме того, на прошлых уроках мы, воспользовавшись законами механики Ньютона, получили уравнения движения груза, подвешенного на пружине и математического маятника. А так же выяснили, какие колебания называют гармоническими, затухающими и вынужденными.
Сегодня мы продолжим изучение механических колебаний. Но сначала вспомним, что мы уже узнали о механических колебаниях.
1. Актуализация знаний:
Проводится в виде взаимного опроса учащихся. При этом сначала задают вопросы ученики, сидящие на первом варианте своему соседу по парте, затем они меняются ролями. Таким образом, в опросе участвуют все учащиеся класса, и каждый из них проговаривает основные понятия. (Система проведения взаимного опроса отработана на предыдущих уроках и не нова для учащихся.)
Вопросы для взаимного опроса:
| 1. Какие движения называются
колебательными? 2. Какую физическую величину называют амплитудой колебаний? 3. Какую физическую величину называют частотой колебаний? 4. Под действием, каких сил происходят колебания в пружинном маятнике? 5. В каких точках траектории колеблющегося тела скорость равна нулю? 6. В каких точках траектории колеблющееся тело обладает только кинетической энергией? 7. Какие колебания называют свободными? 8. Какие колебания называют затухающими? |
1. В чём состоит главное отличие
колебательного движения от других видов
движения? 2. Какую физическую величину называют периодом колебаний? 3. Как связаны между собой период и частота колебаний? 4. Под действием, каких сил происходят колебания в математическом маятнике? 5. В каких точках траектории колеблющегося тела ускорение равно нулю? 6. В каких точках траектории колеблющееся тело обладает только потенциальной энергией? 7. Какие колебания называют вынужденными? 8. В чём состоит явление резонанса? |
2. Организация деятельности учащихся:
а) Мотивация.
Учитель: Знаете ли вы, что в сентябре 1985 года в Мехико произошло землетрясение. Оно было чрезвычайно разрушительным. Как установили эксперты, возникшие во время землетрясения колебания, случайно совпали с собственными колебаниями почвы под многими, частями города, а так же с собственными колебаниями многих зданий. Чрезвычайная длительность землетрясения способствовала развитию резонансных явлений, которые и привели к разрушению зданий. Главной причиной разрушения в большинстве случаев была частота собственных колебаний зданий. Отсюда практический вывод: при строительстве в сейсмической зоне новых зданий следует неуклонно следить за тем, чтобы собственные колебания зданий не совпадали с собственными колебаниями грунта, - таким путём удастся значительно смягчить резонансный эффект. А для того, чтобы это уметь учитывать, нужно знать, от чего зависит частота и период колебаний. Давайте выясним эту зависимость. Запишем тему урока:
“Период и частота гармонических колебаний”.
б) Организация деятельности учащихся по созданию знания.
Учитель: Колебательное движение – движение периодическое, поэтому нужно получить формулу для вычисления периода колебаний. Цель сегодняшнего урока – выяснить от чего зависит период и частота колебаний пружинного и математического маятника. Рассмотрим пружинный маятник. Как вы думаете?
Ученик: Мне кажется, что период колебания пружинного маятника зависит от массы груза.
Учитель: Запишем эту гипотезу под № 1. Какие ещё будут предложения?
Ученик: А мне кажется, что период колебаний будет зависеть от того, какая пружина.
Учитель: Точнее от её жёсткости. Запишем эту гипотезу под № 2. Есть ещё предложения?
Ученик: А я думаю, что период будет зависеть от того, насколько пружина была растянута в начальный момент времени.
Учитель: Значит от амплитуды колебаний. Запишем эту гипотезу под № 3. Будут ли ещё предложения? Перейдём к грузу, подвешенному на нити. Как вы думаете, от чего зависит период колебаний этого маятника?
Таким же образом выдвигаются следующие три гипотезы: период колебаний математического маятника зависит от: - длины нити; - массы груза; - амплитуды колебаний.
Учитель: Итак, у нас есть шесть гипотез. Нам надо все их проверить. Для этого класс разделится на 4 исследовательские группы: две первые группы – это “Теоретики”, а две вторые группы – “Экспериментаторы”. Каждая группа разрабатывает только одну познавательную задачу. Давайте уясним, что нужно сделать каждой исследовательской группе.
Класс разбивается на группы учителем с учётом индивидуальных особенностей учащихся, в каждой группе выбирается капитан и докладчик. Каждой группе выдаётся карточка с письменным заданием.
Учитель:
Познавательная задача для “Теоретиков” - математически вывести зависимость собственной частоты колебаний груза и периода колебаний, опираясь на уравнения движения маятников, полученные на предыдущем уроке. Предметом деятельности для группы “Теоретиков” № 1 будет пружинный маятник, а для группы “Теоретиков” № 2 – математический.
Познавательная задача для “Экспериментаторов” - выяснить опытным путём, от каких параметров зависит собственная частота и период колебаний груза. Предметом деятельности для группы “Экспериментаторов” № 1 будет пружинный маятник, а для группы “Экспериментаторов” № 2 – математический.
“Теоретики” объединяются в два круга и выводят формулу сначала на листочке, а затем делают аккуратную запись последовательного вывода на кодоплёнке специальными маркерами. Готовят докладчика.
“Экспериментаторы” получают карточки, на которых сформулирована цель и предмет деятельности. От учащихся требуется выполнить самостоятельно следующую деятельность:
- подобрать средства; - составить программу деятельности; - получить конечный продукт.
После чего капитан разбивает на пары свою команду и каждая из них и исследует свои гипотезы на специально подготовленном лабораторном оборудовании.
Пример карточки-задания для каждой подгруппы “Экспериментаторов”. Правая часть заполняется учениками.
| 1. Предмет деятельности | Пружинный маятник |
| 2. Познавательная задача | От каких параметров зависит период и частота колебаний пружинного маятника |
| 3. Гипотеза № 1, (№ 2, № 3) | Период и частота колебаний пружинного маятника зависит от массы груза |
| 4. Познавательная задача № 1 | Зависит ли период и частота колебаний пружинного маятника от массы груза |
| 5. Разработка идеи экспериментального решения познавательной задачи № 1: | |
| а) Какое явление нужно воспроизвести? | Колебания груза на пружине |
| б) Какую величину нужно изменять? | Массу груза |
| в) Какие величины нужно измерять? | Число колебаний и время, за которое это число колебаний совершено |
| г) Какие величины должны быть постоянными? | Жёсткость пружины, амплитуда колебаний |
| 6. Проектирование экспериментальной установки | |
| 7. Конструирование экспериментальной установки | |
| 8. Составление программы проведения экспериментов | |
| 9. Проведение эксперимента | |
| 10. Формулирование ответа на познавательную задачу № 1 | |
| 11. Формулирование физического суждения о зависимости периода и частота колебания… | |
в) Обсуждение результатов.
Сначала выступает группа “Экспериментаторов” № 1, делая вывод на основе своих исследований. На доске появляется запись:
Период колебаний пружинного маятника.
1. Чем больше масса груза, тем больше период его колебаний: Т~m
2. Чем больше жёсткость пружины, тем
меньше период колебаний: Т~
3. Период колебаний пружинного маятника не зависит от амплитуды.
Затем проецируется кодоплёнка группы “Теоретиков” №1, которые делают теоретический вывод формулы колебаний пружинного маятника с пояснениями. На доске появляется запись:
Учитель: Давайте вспомним, как связаны между собой период и частота колебаний маятников?
Ученик: Частота – это величина обратная периоду колебаний:
На доске появляется запись:
Учитель: Мы установили экспериментально и получили теоретически зависимость периода и частоты колебаний от параметров самой колебательной системы. Подведём итог.
На доске появляется запись:
Вывод: Период и частота колебаний пружинного маятника зависит только от параметров колебательной системы: массы груза и жёсткости пружины.
После этого выступает группа “Экспериментаторов” № 2, делая вывод на основе своих исследований. На доске появляется запись:
Период колебаний математического маятника.
1. Период колебаний математического маятника не зависит от массы груза.
2. Чем больше длина нити маятника, тем больше период колебаний: Т~ l
3. Период колебаний математического маятника не зависит от амплитуды.
Затем проецируется кодоплёнка группы “Теоретиков” №2, которые делают теоретический вывод формулы колебаний пружинного маятника с пояснениями. На доске появляется запись:
Вывод: Период и частота колебаний математического маятника зависит только от параметров колебательной системы: длины нити и ускорения свободного падения.
Учитель: Эта формула была впервые получена голландским учёным Х. Гюйгенсом, современником Ньютона. Зависимость периода колебаний от значения ускорения свободного падения используется на практике. Измеряя очень точно период колебания маятника, можно с большой точностью определить g. Ускорение свободного падения меняется с географической широтой. Но и на заданной широте оно не везде одинаково. В районах, где залегают плотные породы, ускорение свободного падения несколько больше. Этим пользуются при разведке полезных ископаемых.
г) Домашнее задание.
Учитель: Сегодня нам не удалось практически проверить зависимость периода колебаний математического маятника от ускорения свободного падения. Но эту зависимость можно обнаружить, если подняться на вершину Останкинской телебашни. Попробуйте рассчитать период колебаний маятника дома, если высота Останкинской телебашни 500 м, а длина нити маятника 1м. Затем для того же маятника рассчитайте период колебаний у поверхности земли, где g=9,81м/с2. Сравните эти значения. Это будет вашим домашним заданием.
д) Формулирование физического суждения.
Учитель: Итак, рассмотрев обе колебательные системы, мы экспериментально доказали и получили теоретически две важные зависимости (обращается внимание на доску) и два важных вывода.
Посмотрев на них, мы можем сформулировать общий вывод. Каким он будет? Кто догадался?
На доске появляется запись:
Вывод: Период и частота колебаний любого маятника всегда зависит только от параметров колебательной системы.
3. Контрольный этап
Учитель: Теперь, изучив зависимости периодов и частоты колебаний маятников, вы легко решите следующие задачи-упражнения: (задачи-упражнения иллюстрируются на экране при помощи кодотранспаранта, или раздаются учащимся ксерокопии заданий по вариантам. ) Вам нужно выбрать № правильного ответа, записать его на листочке и сдать.
Задание 1 варианта: Выберите ситуации, в которых приведены правильные суждения:
| 1. Период колебания математического маятника увеличился при увеличении дины нити. | 2. Период колебаний пружинного маятника уменьшился при увеличении массы груза. | 3. Период колебания математического маятника уменьшился при увеличении дины нити. |
| 4. Период колебания математического маятника увеличился при увеличении амплитуды колебаний. | 5. Период колебаний пружинного маятника увеличился при увеличении жёсткости пружины. | 6. Период колебаний пружинного маятника увеличился при увеличении массы груза. |
| 7. Частота колебаний пружинного маятника увеличилась при увеличении массы груза. | 8. Частота колебания математического маятника увеличилась при увеличении дины нити. | 9. Частота колебания математического маятника уменьшилась при уменьшении ускорения свободного падения. |
Задание 2 варианта: Выберите ситуации, в которых приведены правильные суждения:
| 1. Частота колебаний пружинного маятника увеличилась при уменьшении массы груза. | 2. Частота колебания математического маятника увеличилась при уменьшении амплитуды колебаний. | 3. Период колебания математического маятника уменьшился при увеличении массы груза. |
| 4. Период колебания математического маятника увеличился при уменьшении ускорения свободного падения. | 5. Период колебаний пружинного маятника уменьшился при увеличении жёсткости пружины. | 6. Период колебаний пружинного маятника увеличился при увеличении массы груза. |
| 7. Период колебания математического маятника увеличился при увеличении дины нити. | 8. Частота колебания математического маятника увеличилась при уменьшении дины нити. | 9. Период колебаний пружинного маятника уменьшился при увеличении массы груза. |
Если остаётся время, полезно разобрать правильные ответы фронтально, после того как учащиеся сдали свои работы.
Литература, используемая при подготовке к уроку:
- Г. Я. Мякишев, А. З. Синяков. Физика: Колебания и волны. 11 кл. : Учеб. для углублённого изучения физики. – М. : Дрофа, 2001.
- Анофрикова С. В. , Стефанова Г. П. Практическая методика преподавания физики. Часть 1: Учебное пособие. – Астрахань: Изд-во Астраханского пед. ин-та, 1995.