Урок физики с методом проектов по теме "Механические колебательные системы. Маятник как один из примеров колебательной системы"

“Науку все глубже постигнуть стремись,
Познанием вечного жаждой тянись.
Лишь первых познаний блеснет тебе свет,
Узнаешь: предела для знания нет”.
Фирдоуси (персидский и таджикский поэт 940–1030 гг.)

Метод обучения – проблемный.

Проблема урока – выявить особенности колебательных систем – маятников.

Цели урока:

Предметные:

повторить:

• понятия колебательная система, математический и пружинный маятники;
• основные характеристики колебательного движения: период, частота колебаний;
• формулы для вычисления периода: общая формула периода , формулы периодов математического и пружинного маятников.

Формировать умения:

• исследовать зависимость периода математического и пружинного маятников от массы груза,
• обнаруживать зависимости между физическими величинами (периодом математического и пружинного маятников и массой груза)
• представлять результаты измерений в виде таблицы и графика. Формировать навыки решения разноуровневых задач на применение формул: периода, периода математического и пружинного маятников, частоты.

Личностные: развивать наблюдательность, умение сравнивать зависимости физических величин, результаты эксперимента; обобщать знания о колебательных системах с использованием исторических примеров, примеров из жизни, систематизировать материал. Развивать уважение к творцам науки как элементу общечеловеческой культуры; самостоятельность в приобретении новых знаний и практических умений. Развивать информационные, коммуникативные, организационные умения.

Метапредметные: овладеть универсальными учебными действиями: экспериментальными навыками, навыками исследовательской и проектной деятельности, навыками самостоятельного приобретения новых знаний, постановке целей, анализа результатов деятельности одноклассников при работе над созданием мини-проекта, развивать монологическую и диалогическую речь, умение выражать свои мысли.

Ход урока

Начальный этап урока

Цель этапа урока: мотивировать учащихся к последующим шагам учебной деятельности на уроке через рассказ о значении колебаний. Организовать разделение учеников на группы. Организовать анализ учащимися возникшей ситуации и на этой основе подвести их к постановке основной задачи урока.

Учитель: (вступительное слово). Мы живем в мире колебаний. Маятник стенных часов, кузов железнодорожного вагона, струна гитары, качели и т.д.

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. Поэтому значение основ физики колебаний необходимо любому грамотному человеку. Таким образом, дорогие мои мыслители, задача урока должна быть вам уже ясна. Но если кто-то еще сомневается, обратимся к вопросам на экране, я думаю, что они вам помогут более точно сформулировать свои мысли. (Учитель просит одного из учеников озвучить вопросы).

1. Когда появились первые маятники?
2. Что произойдет с периодом математического маятника, если массу подвешенного груза увеличить/уменьшить?
3. Какого ученого раскачивающаяся люстра побудила приступить к исследованиям колебаний?
4. Примените метод Шерлока Холмса: от простого к сложному.
5. А изменив массу груза пружинного маятника, что можно сказать о периоде его колебаний?
6. Можно ли с помощью маятника продемонстрировать суточное вращение Земли?
7. Существует ли идеальный маятник?
8. Отметим особо: точность науки

• Всегда выражается в том,
• Что безупречный язык математики,
• Служит ее языком!

Затем ученики ставят основные задачи урока – обобщить знания о простейших механических колебательных системах – маятниках, провести исследование зависимости периода математического и пружинного маятников от массы груза, решить разноуровневые задачи.

Учитель: так как задачу мы перед собой поставили, начинаем выполнять. Для начала давайте распределим вопросы на группы по объединяющему их признаку. Итак, ...

Ученик 1. Например, к первой группе можно отнести вопрос 1, 3, 6, 7, т. к. в них речь идет, непосредственно, о маятниках и о времени их возникновения.

Ученик 2. Тогда, ко второй группе – 2, 5 т. к они говорят о необходимости рассмотреть зависимость периода маятников от массы.

Ученик 3. Остались вопросы 4 и 8, поэтому они и будут в одной группе. Следуя вопросу 4 необходимо что – то распределить, а вопросу 8, возможно, распределить формулы.

Учитель: ребята, с этим заданием вы успешно справились, поэтому переходим к следующему. Для этого вам (обращается к ученикам) необходимо разбиться на 3 группы. У каждого на столах лежит цветной квадратик. По цвету своего квадратика вы рассаживаетесь за первые парты первого, второго и третьего рядов. Вы собрались, таким образом, в команду единомышленников которая будет создавать за четко отведенное время (15 – 20 минут) мини-проект. Вам необходимо соблюсти все условия мини-проекта:

1. Форма представления проекта (постер, альбом, видеофильм, презентация и т.п)
2. Название проекта
3. Проблема проекта
4. Авторы проекта (школа, класс, количество участников)
5. Научный руководитель/консультант
6. Тип проекта:
   1. По доминирующей в проекте деятельности: исследовательский, творческий, практико-ориентировочный
   2. По предметно-содержательной области: культурологический, естественнонаучный, экологический, исторический
   3. По количеству участников проекта: личный, парный, групповой
   4. По широте охвата содержания: монопредметный, межпредметный
7. Методы решения проекта
8. Средства решения проблемы

Учитель: Ребята могут приступать к выполнению, а я поясню, какой материал получила каждая группа.

Желтые – получили текст исторического содержания и иллюстрации к тексту на электронном носителе, зеленые – лабораторное оборудование и оранжевые – задачи.

Далее учитель регулирует процесс работы каждой группы.

Результат: у учащихся появился мотив к познанию, научились анализировать возникшую ситуацию и формировать интерес к проблеме.

Основной этап урока

Цель этапа урока: повторить ранее изученный материал через формирование умения работать с текстом, выделения основной мысли; умения работать с лабораторным оборудованием, наблюдать демонстрации, представлять результаты измерений в виде таблицы и графика, делать выводы по результатам эксперимента; умения анализировать и дифференцировать учебный материал (задачи) по уровню сложности, сформировать навыки решения задач. Развивать монологическую и диалогическую речь, умение выражать свои мысли.

Представление проектов

(вносится в конспект после представления учащимися)

Историки:

Презентация 1

Конечным “продуктом” нашего мини-проекта является презентация которую выполнили ученики 9 класса Б МБОУ “Гимназия № 13”в количестве 5 человек, поэтому наш проект является групповым. Консультант проекта – учитель физики Доценко А. А. Свой мини-проект мы назвали (1 слайд) “История создания маятника” и поместили фото Галилея и Фуко, т. к. именно они являются основоположниками теории колебаний. Таким образом, перед нами встала проблема: какова история возникновения маятника (с чего и с кого все началось?). Поэтому на слайде 2 вы можете увидеть люстру Пизанского собора, как прародительницу первого маятника, и конечно дали определение маятнику. А так же показали его первое применение в медицине: “Удлиняя или укорачивая маятник, Галилей достигал согласования колебания маятника с биением пульса”. Слайд 3. Здесь мы уделили внимание еще одному маятнику, который внес огромный вклад в доказательства о вращении Земли – маятник Фуко. Впервые его продемонстрировали перед большим количеством людей в Парижском пантеоне и именно это мы и показали на слайде 4. Так как ученые используют для построения элементарной теории колебаний математический маятник, то и ему мы уделили внимание в своей работе. На слайде 5 вы можете увидеть его определение, а так же условия, при которых реальный маятник можно считать математическим. Заканчиваем нашу презентацию (слайд 6) выводом о том, к каким системам относится маятник. Таким образом, исходя из нашей работы мы решили, что по виду деятельности наш мини-проект относится к творческому, а по предметно-содержательной области – к естественно-научному и историческому, поэтому наш мини-проект можно считать межпредметным. Свою работу мы выполнили на компьютере с использованием текстовой информации и иллюстративного материала

Результат: сформировано умение работать с текстом и выделять основную мысль. Достигнуто усвоение понятий маятник, математический маятник, а так же уяснили условия, при которых реальный маятник считается математическим, развита монологическая речь.

Исследователи.

Конечный “продукт” нашего мини-проекта представляет собой отчет в виде таблиц и графиков. Этот проект мы подготовили сообща, поэтому он является групповым. Помогал, т. е. консультировал и направлял нашу деятельность учитель физики Доценко А. А. Название нашему мини-проекту мы дали следующее “Исследование зависимости периода математического и пружинного маятников от массы груза”. Выявленная нами проблема: зависит ли и как зависит период математического и пружинного маятников от массы груза. Для ее решения мы использовали: нить длиной 1 м, пружину, заданной жесткости, набор грузов массой по 100 г, секундомер, калькулятор. Метод решения поставленной проблемы – исследовательский. В результате мы увидели (таблица 1 последняя колонка), что число не меняется, а на графике все точки лежат на прямой параллельной горизонтальной оси.

Таблица 1

Период пружинного же маятника зависит от массы (таблица 2 последняя колонка) – значения меняются, а графиком является не прямая, т. е. зависимость периода пружинного маятника от массы груза не является линейной. Поэтому по основному виду деятельности наш мини-проект является исследовательским, по предметно-содержательной области – естественно-научным, а по широте обхвата межпредметрным.

Таблица 2

Результат: сформировано умение работать с лабораторным оборудованием, наблюдать демонстрации, представлять результаты измерений в виде таблицы и графика, делать выводы по результатам эксперимента, развита диалогическая речь.

Практики.

Презентация 2

Конечным “продуктом” нашего мини-проекта является вариант контрольной работы по теме “Механические колебания”. В составлении варианта принимали участие все ученики нашей группы, поэтому наш мини-проект, как и предыдущие является групповым. Помогал нам в нашей деятельности учитель физики Доценко А. А. наш проект мы назвали: контрольная работа по теме “Механические колебания”. Перед нами встала проблема: решить предложенные задачи. Приступив к выполнению работы мы увидели, что не все задачи подходят к нашей теме, поэтому из всех задач мы выбрали только 6. Затем, мы поняли, что эти задачи отличаются по сложности, а к трем из них предложены ответы. Тогда, мы решили распределить задачи так, как обычно у нас в контрольной работе и получили: часть А – 3 задачи с выбором варианта ответа; часть В – 2 задачи, потруднее, чем в части А и часть С – одна задача. Взглянув только на рисунок мы решили, что это точно часть С (ее решение предлагаем на доске). Так же хотим заметить, что одна из задач части А не имела правильного ответа и предложили свой (в таблице). Для быстроты распределения задач (что соответствует методу Шерлока Холмса: от простого к сложному) мы использовали компьютер; для быстроты вычисления – калькулятор, для наглядного изображения – доску и мел.

А1. Грузик, подвешенный на нити, совершает свободные колебания между точками А и С (см. рисунок). Как направлен вектор ускорения грузика в точке В?

1. 1
2. 2
3. 3
4. 4

А2. За какую часть периода шарик математического маятника проходит путь от левого крайнего положения до правого крайнего положения?

1. Т;
2. 2/3T
3. 1/4T
4. 1/8T

А3. Маятниковые часы спешат. Чтобы часы шли точно, необходимо увеличить период колебаний маятника. Для этого надо

1. увеличить массу маятника;
2. уменьшить массу маятника;
3. увеличить длину маятника;
4. уменьшить длину маятника.

В1. При свободных колебаниях за одно и тоже время первый маятник совершает одно колебание, а второй – три. Как относятся длины маятников?

В2. Груз, подвешенный на пружине массой 4 кг, совершает свободные гармонические колебания. Какой должна стать масса груза, чтобы частота колебаний этого же груза увеличилась в 2 раза?

С1. Найти период колебания тела массой m в системах, изображенных на рисунке.

Жесткость пружин k₁ и k₂. Трением пренебречь.

Таблица 3

С1. Рассмотрим рис. а. При смещении тела, возникает возвращающая сила, действующая на обе пружины одновременно: F_воз = F_упр1 + F_упр2,

где F_воз также является силой упругости. По закону Гука: F_упр = kx, где х – деформация, причем в данном случае она будет одинаковой. Подставим закон Гука в первую формулу и получим:

Разделим обе части последнего уравнения на х: и полученную жесткость системы пружин подставим в формулу периода пружинного маятника:

Теперь обратимся к рисунку б. В этом случае при смещении тела, также возникает возвращающая сила, в положении равновесия равная силе тяжести, т.е. F_воз = mg, где F_воз также является силой упругости. По закону Гука: F_упр = kx, где х – деформация, но в этом случае деформация будет разной, т. е. сила тяжести растягивает каждую пружину не одинаково. В положении равновесия:

F_упр1 = mg, F_упр2 = mg, k₁x₁ = mg, k₂x₂ = mg

Откуда . Собираем все в самую первую формулу:

,

Разделим обе части на mg и приведем к общему знаменателю: ) = 1,

Следовательно, жесткость системы пружин будет иметь вид: , подставим ее в формулу периода пружинного маятника:

Результат: сформировано умение анализировать и дифференцировать учебный материал (задачи) по уровню сложности, сформированы навыки решения задач.

Рефлексия

Цель этапа урока: провести рефлексивный анализ учебной деятельности учащихся на уроке.

Учитель: для решения поставленной нами задачи: обобщить знания о простейших механических колебательных системах – маятниках, провести исследование зависимости периода математического и пружинного маятников от массы груза, решить разноуровневые задачи вы создавали свои мини-проекты. А теперь я предлагаю вам, посовещавшись в группе (1 – 3 мин.) высказать свое мнение о представленных мини-проектах, одноклассников (проводится обмен мнениями).

Ученики: один/несколько учеников от группы высказывают свое мнение о представленных работах, возможно, предлагают свои варианты решения проблемы. Высказывают своё мнение об уроке.

Результат: анализ деятельности одноклассников на уроке.

Задание на дом

Учитель: уточняет работу над домашним заданием – повторить параграф 24 – 29.

Ученики: записывают задание на дом.

Учитель: подводит итоги работы на уроке, благодарит учеников за хорошую работу и творческий подход к проведению урока.

Я хочу вам пожелать меньше колебаний в вашей жизни. Шагайте по дороге знаний уверено.

• Приложение 1
• Приложение 2
• Приложение 3
• Приложение 4