Колебания и волны

Цели:

• Повторить материал всей учебной темы: определения, закономерности, зависимости.
• Учить выделять ключевые факты.
• Учить выделять основные линии в изучаемом материале.
• Формировать умение выявлять сходство и различие колебательных и волновых процессов.
• Формировать умение находить критерии, по которым можно выстраивать систему из разрозненных знаний.
• Показать различные способы обобщения.
• Повторить алгоритм решения вычислительных задач.

I этап урока. Сбор информации.

В качестве предшествующего домашнего задания учащиеся должны были составить словарь терминов под условным названием “Колебания от А до Я”

Приведем возможный вариант, который учитель выводит на экран под диктовку детей. Полученный перечень терминов распечатываем и используем в качестве раздаточного материала.

А — амплитуда;
Б — бегущая волна;
В — вынужденные колебания, вынуждающая сила, волна;
Г — гармонические колебания, Герц, газообразная среда для волн;
Д — деформация среды, длина волны, длина маятника
Е — единицы измерения;
Ж — жидкая среда для волн;
З — затухающие колебания, закономерности, зависимости;
И — источник колебаний;
К — колебательные движения, колебательная система;
Л — (лямда – длинна волны);
М — маятник, математический маятник;
Н — начальный запас энергии, нитяной маятник;
О — одинаковые фазы, определения;
П — период колебаний, противофаза, пружинный маятник, продольные волны, поперечные волны;
Р — резонанс, разность фаз;
С — свободные колебания, собственная частота, скорость, сопротивление среды, силы;
Т — твердая среда для волн;
У — условия возникновения колебаний, установившиеся колебания, упругие волны;
Ф — фаза колебаний, формулы, физические величины;
Х — характеристики процессов;
Ц — центр тяжести;
Ч — частота;
Ш — штатив + шнурок + шарик =
Э — энергия;
Я — явления.

II этап урока. Первичная классификация.

Сейчас нам требуется, прежде всего, поработать “золушками”. Если в сказке Ш. Перро героине были заданы критерии сортировки — отделить кофейные зерна от фасоли, то нам еще предстоит выбрать критерии, по которым всю информацию можно будет рассортировать, разложить по полочкам или КЛАССИФИЦИРОВИТЬ. Если такая работа уже знакома детям, то достаточно лишь напомнить, что “классификация — это деление совокупности объектов (людей, свойств, явлений, процессов) по какому либо признаку или признакам на группы”. Можно привести пример с обувным магазином, где есть отделы мужской обуви, детской, женской или пример со школой, где есть начальные классы, средние, старшие, физмат классы...

Посмотрим на алфавитный список. У нас получился набор терминов, включенных в словарь без всяких определений, логики и ограничений.

Вспомните, над какими большими темами вы работали? (Темы колебания и волны) Первое, что бросается в глаза – здесь собраны сведения о двух, хотя и родственных, но все же разных физических явлениях:

• Колебания – выделим их в раздаточном материале красным цветом (в тексте курсив);
• Волны – выделим их синим цветом (в тексте подчеркивание).

Обратите внимание, у нас остались незакрашенные цветом слова и слова, которые автоматически выделились фиолетовым цветом, как результат сложения синего и красного (в тексте курсив с подчеркиванием). Незакрашенные — это критерии, по которым можно проводить обобщение. Термины, выделенные фиолетовым цветом — это качества, присущие и волновым процессам и колебательным движениям, то есть связующее звено, которое объединяет колебания и волны в единое целое.

Таким образом, чтобы достичь нашей цели, нам нужно решить более мелкие задачи, а именно:

• Провести анализ информации, связанной с колебаниями;
• Провести классификацию объектов;
• На основе анализа и классификации создать синтез — таблицы, схемы.
• Те же операции произвести с информацией о волнах.

III этап урока. Систематизация знаний по теме “Колебания”

Посмотрим на первый выделенный блок терминов — красный. К ним относятся слова: амплитуда, вынужденные колебания, вынуждающая сила, гармонические колебания, Герц, длина маятника, затухающие колебания, источник колебаний, колебательная система, маятник, математический маятник, начальный запас энергии, нитяной маятник, одинаковые фазы, противофаза, пружинный маятник, резонанс, разность фаз, свободные колебания, собственная частота, силы, условия возникновения колебаний, установившиеся колебания, фаза колебаний, центр тяжести, штатив + шнурок + шарик.

Можно ли внутри него провести еще одно объединение? В качестве раздаточного материала у детей на столах есть карточки — подсказки с алгоритмом классификации по одному признаку. Учащиеся знакомятся с содержанием карточки. Приведем его ниже.

1. Определите, что именно надо расклассифицировать.
2. Узнайте, или отберете признаки для классификации.
3. “Возьмите” первый признак и отберите признак, у которого он присутствует.
4. Из этих объектов сформируйте группу №1.
5. “Возьмите” второй признак и отберите из оставшихся объектов такие, у которых он имеется. Из этих объектов образуйте группу №2.
6. Остальные объекты поместите в группу №3.
7. Сформулируйте выводы.

Начинаем работать по алгоритму. (Ученики при этом могут объединиться в группы или обдумывать индивидуально). Внутри выделенной группы первое слово “амплитуда”. Это характеристика колебательного движения. Есть ли еще в нашем словаре такие признаки? Ученики перечисляют их: амплитуда, период, частота, фаза, энергия. Задача детей объединить эти характеристики в удобную для восприятия форму. Приведем пример выполнения данного задания.

Группа 1

Рисунок 1

Группа №3 составлена из неокрашенных в словарике терминов. Туда входят слова и словосочетания: единицы измерения, зависимости, обозначения, определения, физические величины, формулы.

Рисунок 2

Таблица 1

Синтезируем таблицу из групп №№ 1, 3

После заполнения таблицы предлагаем для решения на выбор одну из задач.

IV этап урока. Решение расчетных задач.

Задача 1. При измерении пульса человека было зафиксировано75 пульсаций крови за 1 минуту. Определите период сокращений сердечной мышцы.

Задача 2. Частота колебаний крыльев вороны в полете равна в среднем 3 Гц. Сколько взмахов крыльями сделает ворона, пролетев путь 650 м со скоростью 13 м/с?

Задача 3. Какова частота колебаний поршня двигателя автомобиля, если за 0,5 мин поршень совершает 600 колебаний?

Поскольку в 9 классе понятие “фаза колебаний” рассматривается только на качественном уровне, то в качестве повторения предлагаем учащимся продемонстрировать с помощью 2-х любых маятников колебания в одной фазе, в противофазе и со сдвигом фаз.

Задача 4. Чему равна разность фаз свободных колебаний рук человека при ходьбе?

Продолжая анализировать содержание словарика, учащиеся неизбежно найдут группу терминов, относящихся к маятникам. Название таблицы берем из словарика.

Перед заполнением таблицы повторяем определения “колебательная система, маятник, математический маятник”

Таблица 2

Условия возникновения колебаний.

Итоговую блок – схему по теме “Колебания” учитель составляет сам (Рисунок 3).

Рисунок 3

V этап урока. Систематизация знаний по теме механические волны.

Мостиком для перехода от колебаний к волнам станут слова и фразы, выделенные фиолетовым цветом. Обратимся к ним: колебательные движения, период колебаний, частота, энергия, явления.

Задание учащимся – заполнить схему (Рисунок 4).

Рисунок 4

Посмотрим на колебания и волны с точки зрения причинно-следственных связей. Что в этой паре является причиной, что следствием?

Теперь работаем непосредственно со словами, выделенными синим цветом. Учащиеся сами ищут признак, по которому их можно расклассифицировать. Получают три группы.

Первая и третья колонки таблицы требуют провести сравнение 2-х типов волн. Мыслительная операция по нахождению сходства и различия задействует оба полушария, поэтому заполнение следующей таблицы надо проводить методом коллективного обсуждения.

Вторая колонка содержит характеристики волнового процесса, следовательно, мы можем составить таблицу по аналогии с колебаниями.

В качестве заключительного аккорда по второй части урока можно предложить решить задачу на чтение графика поперечной волны.

VI этап урока. Подведение итогов.

Взглянем на наш исходный материал. Все ли позиции нашего словаря “Колебания от А до Я” мы включили во всевозможные схемы, таблицы, образы?

О чем мы сегодня не поговорили? — о резонансе, его проявлении и применении.

Это и будет вашим творческим домашним заданием.