Математический маятник. Период колебаний математического маятника

Аннотация:

Урок является первым в тематическом блоке: “Механические колебания и волны”. Особенностью данного урока является широкое использование дидактического материала в виде презентации, физического и компьютерного эксперимента, что позволяет учащимся более легко усвоить предлагаемый учебный материал. Применение подобных методов позволяет показать процессы в динамике, что дает ученикам более четкое представление о происходящих процессах колебания. Использование презентации дает возможность компактно излагать учебный материал, что позволяет больше времени уделить на закрепление пройденного.

В процессе урока учащиеся выдвигают гипотезы и самостоятельно проверяют их в процессе выполнения лабораторных и компьютерных экспериментов. Форма проведения урока активизирует познавательную деятельность учащихся, формирует навыки самостоятельной работы над решением поставленной проблемы. Данный урок носит практическую направленность.

Определение учащимися математического маятника как модели для изучения колебательного движения

Образовательные задачи урока:

• формирование понятий: колебательные системы, математический маятник, период колебаний математического маятника;
• Экспериментальным путем установить законы колебаний математического маятника.
• рассмотреть причины и особенности колебаний математического маятника.

Воспитательные задачи:

• ориентировать учащихся на выбор профессии, поддерживать интерес к предмету.
• применение математических маятников в разных сферах.

Развивающие:

• содействовать формированию навыков сравнения, выделения главного и второстепенного в изучаемом материале, обобщения, логического мышления;
• формировать экспериментальные навыки и умения.

Оборудование: компьютер, мультимедийное оборудование, экран, компьютерный эксперимент.

Подготовка: группы учащихся готовят к уроку мини-презентации и эксперименты по темам:

• Иллюстрация механических колебаний на примере маятника Фуко.
• Физический эксперимент.
• Компьютерная модель колебаний, созданная с помощью программы Macromedia Flash 5.

1. Оргмомент.
2. Актуализация знаний по теме, мотивация учащихся на изучение новой темы.
3. Изучение нового материала.
4. Решение экспериментальных задач по теме (включая компьютерный эксперимент).
5. Итоги урока.
6. Домашнее задание.

II. Актуализация знаний учащихся, мотивация учащихся на изучение новой темы.

Миллион Ури Геллера.

Знаменитый экстрасенс Ури Геллер свой первый миллион доллар заработал, летая на самолёте на малой высоте над непроходимыми джунглями Бразилии, с маятником в руках. Он искал нефть, и нашёл её очень приличное количество.

Любое ли тело может совершать колебательные движения? Что для этого необходимо? (Слайд 4)

Учащиеся высказывают предположения, а учитель формулирует совместно с учащимися общий вывод.

Мини-выводы данного этапа урока (комментирует учитель).

Среди разнообразных видов механического движения особое место занимает колебательное. Колеблются маятник часов, поршень в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, колос ржи на ветру. Звук и свет - это колебательный процесс. Переменный электрический ток, которым питается большинство потребителей в производстве и в быту, тоже колебательный процесс. Радиосвязь, телевидение, радиолокация осуществляются с помощью радиоволн, а они также являются колебательными процессом. Получается, что мы живём в колеблющемся мире. Ввиду чрезвычайной распространённости колебательных процессов в окружающем нас мире очень важно разобраться в разных видах колебаний и в законах, которые их характеризуют. Общность законов, описывающих колебания разной природы, - один из убедительнейших примеров единства материального мира, в котором, несмотря на необычайное разнообразие объектов, и явлений, есть нечто общее, прежде всего общие законы.

Ученый Л.И. Мандельштам говорил, что если посмотреть историю физики, то можно увидеть, что главные открытия были связаны по существу с колебаниями. Нам тоже сегодня предстоят открытия.

Таким образом, цель нашего урока – проанализировать причины и основные закономерности колебаний математического маятника.

II. Изучение нового материала.

1. Механические колебания (Представление учащимися опережающих заданий: презентация к теме, эксперимент)

1.1. Первый учащийся рассказывает об иллюстрации механических колебаний на примере маятника Фуко Мини-презентация (Слайд 5-6)

1.2. Второй учащийся проводит эксперимент, повторяя опыты Фуко, делая микровыводы из результатов (Слайд 7-8)

1.3. Учитель обобщает выступления учащихся:

• и предлагается им самостоятельно сформулировать определение математического маятника (затрудняющимся предлагается воспользоваться учебником и найти определение самостоятельно) (Слайд 9)
• сообщает теоретические сведения о математическом маятнике (Слайд 10)

Слова учителя (комментарий к сказанному): Реальной моделью математического маятника в наших опытах будет служить небольшой шарик, подвешенный на тонкой упругой нити. Размеры шарика должны быть малы по сравнению с длиной нити. Это дает возможность считать, что вся масса сосредоточена в одной точке, в центре тяжести шарика.

1.4. Мини-презентация о Галилее (из выступления третьего учащегося).

Галилео Галилей – великий итальянский ученый – один из создателей точного естествознания, всю свою жизнь посвятил физике и астрономии, сделав ряд важных открытий. Родился в городе Пизе, известном своей наклонной башней. Учился сначала в монастырской школе, а затем в университете. Уже в студенческие годы Галилей увлекся изучением колебаний. Он обнаружил, что колебания маятника не зависят от его массы, а определяются длиной подвеса. Сохранилось предание о том, как молодой студент медицинского факультета Галилео Галилей в одно из воскресений 1583 года с интересом следил за качаниями зажженных лампад в церкви. По ударам пульса он определил время, необходимое для полного размаха лампад. С этого времени медицину пришлось ему оставить и сосредоточиться на физике.

2. Подготовка восприятия учащихся к физическому эксперименту, его проведение.

Учитель: Выясним, от чего зависит   период колебания маятника, движущегося вблизи положения устойчивого равновесия. 

2.1. Работа в группах. (Вывод делает спикер каждой группы).

• Задание 1 группе: Выяснить опытным путем, зависит ли период колебания математического маятника от его массы.
• Задание 2 группе: Выяснить, зависит ли период колебания маятника от длины маятника.

Ученики работают над заданиями, затем каждая группа отчитывается о проделанной работе:

• Вывод группы 1: Период колебаний математического маятника не  зависит от массы шарика.
• Вывод группы 2: Период колебаний математического маятника зависит от его длины, с увеличением длины  возрастает период.

2.2. Учащиеся совместно с учителем формулируют общий вывод:

Период колебания математического маятника прямо пропорционален длине маятника и обратно пропорционален ускорению свободного падения.

2.3. Выступление учащегося с компьютерной моделью, созданной с использованием программы Macromedia Flash 5.

2.4. Выступление учащегося с мини-презентацией:

Голландский ученый Гюйгенс, исследуя законы  колебания маятника, пришел к такому же выводу.

Христиан Гюйгенс – голландский физик, математик, механик и астроном. Родился в Гааге. Обучался в Лейденском университете юридическим наукам, но не прекращал занятия математикой. Опираясь на исследования Галилея, он решил ряд задач механики. В 1656 году в возрасте 27 лет им были сконструированы первые маятниковые часы со спусковым механизмом. Создание часов, измеряющих время с невиданной для той поры точностью, имело далеко идущие последствия для развития физического эксперимента и практической деятельности человека. До этого ведь время измеряли по истечению воды, горению факела или свечи. Созданная Гюйгенсом к 1673 году теория колебаний явилась одним из оснований для понимания потом природы света. (Слайд 17-18)

Слова учителя (комментарий): Чтобы выяснить зависимость периода колебания от ускорения свободного падения, можно искусственно увеличить тяготение к Земле, но мы это не можем. Самое простое – добавить к силе тяготения другую силу, например, магнитную, для чего поместим под маятник электромагнит. Тогда эти силы сообщат маятнику ускорение больше, чем ускорение свободного падения, что приведет к изменению периода колебаний. (Слайд 19)

3. Первичная проверка усвоения материала.

Тестовое задание с взаимопроверкой. (Слайд 20)

IV. Итоги урока

(Слайды 25)

V. Домашнее задание:

Параграфы 24, 25; задание 22 (1,2), задание 23 (2,4) (Слайд 26)

Эпилог урока:

Не то, что мните вы, природа:
Не слепок, не бездушный лик.
В ней есть душа, в ней есть свобода,
В ней есть любовь, в ней есть язык...

Узнаются слова Ф.Тютчева.

Язык Природы – это язык предметов и явлений, и “беседовать” с Природой можно только на этом языке. Физик видит то, что видят все: предметы и явления. Он, так же как все восхищается красотой и величием мира, но за этой, всем доступной красотой, ему открывается еще одна: красота закономерностей в бесконечном разнообразии вещей и событий. Физику доступна редкая радость – понимать Природу и даже беседовать с ней.

Список используемой литературы.

1. Н.С. Пурышева, Н. Е. Важеевская, В. М. Чаругин. Физика. 9 кл.: - М.: Дрофа, 2011.
2. Гулиа Н.В. Парадоксальная механика в вопросах и ответах. – М.: Изд – во НЦ ЭНАС, 2004.
3. Физика: Занимательные материалы к урокам. 9 кл./ Авт. – составитель А.И. Сёмке. – М.: Изд – во НЦ ЭНАС, 2006.
4. Кирик Л.А. Физика - 9. Методические материалы. М.: Илекса, 2010.