Механические колебания и их характеристики. 9-й класс

самостоятельно добывают новую информацию.

Пытаются осмыслить, в чем состоит главное отличие колебательного движения от других видов движения.

Учитель: А теперь, когда мы выделили главный признак колебательного движения, давайте попробуем сформулировать определение колебаний.

Ученик: Колебания – это движения, которые точно или приблизительно повторяются

Учитель: Отлично! Но я добавила бы в это определение концовку: повторяются через определенный промежуток времени. Этот промежуток времени называется периодом, о нем мы будем говорить дальше. (Определение появляется на слайде и записывается в рабочий лист.). Попробуйте привести свои примеры колебаний.

Ученики по очереди приводят примеры, затем появляется Слайд 5 (примеры колебаний).

Учитель: Можно ли колебательное движение считать ускоренным? Если можно, то почему?

Ученики: Да, можно. Потому что меняется направление движения, следовательно, меняется скорость. Ускорение связано с изменением скорости.

Учитель уточняет, что в этом движении ускорение будет все время изменяться по величине и направлению, поэтому колебательное движение не является равноускоренным.

Ученики отмечают, что в одном случае маятник после первоначального воздействия на него движется сам по себе, а в другом на него периодически действуют внешней силой.

Учитель: Совершенно верно. Колебания эти разные. Одни из них считаются свободными, а другие – вынужденными. Какие (конкретно)?

Ученики указывают, какое колебание является свободным, а какое – вынужденным.

Учитель (поясняет, что о вынужденных колебаниях речь пойдет на следующих уроках, а сегодня мы обсуждаем только свободные колебания): скажите, а в моем примере на тело, колеблющееся свободно, действуют какие-либо силы? (Появляется Слайд 6 – заголовок.)

Ученики: да, это сила тяжести и сила упругости нити.

Учитель (демонстрирует колебания груза на пружине в вертикальной плоскости): а теперь попробуйте назвать силы, действующие на колеблющийся груз на пружине.

Ученики: и снова это – сила тяжести и сила упругости пружины.

Учитель: а если пружина с грузом совершает колебания в горизонтальной плоскости?

Ученики: тогда – сила упругости пружины заставляет груз совершать колебательное движение.

Учитель: молодцы, ребята, все верно! А подумайте еще, будут ли действовать силы, если тела покоятся? Если будут, то что можно в этом случае сказать об их равнодействующей?

Ученики: силы действовать будут, а их равнодействующая по I закону Ньютона равна 0.

Учитель: вы правильно думаете. Эти силы мы будем называть внутренними силами. Если их сумма равна 0, то колеблющееся тело находится в положении равновесия. А что нужно сделать, чтобы вывести тело из положения равновесия?

Ученики: подействовать силой.

Учитель: да, достаточно подействовать силой однократно, т.е. сообщить телу некоторый запас энергии, который позволит ему совершать колебательное движение. А теперь попробуем обобщить все, о чем мы говорили, и сформулируем определение свободных колебаний. Используем для этого “скелет” (на Слайд 6): Колебания, происходящие под действием……за счет ….., называются свободными. Запишите и прочитайте то, что у вас получилось.

Учитель: введем еще одно определение: систему тел, которая способна совершать свободные колебания, будем называть колебательной системой (определение на Слайд 6, ученики записывают его в рабочий лист). Давайте посмотрим, с какими колебательными системами нам придется иметь дело при изучении колебаний (переход на Слайд 7). А сначала вспомним, что в физике понимают под материальной точкой?

Ученики: объясняют, что о материальной точке говорят тогда, когда в задаче можно пренебречь размерами тела.

Учитель очень кратко рассказывает о роли физических моделей при изучении физики и отмечает, что при изучении колебаний используют, как правило, 2 модели: пружинный маятник и математический маятник. О них речь пойдет на следующем уроке . Желающим предлагается дома ознакомиться с содержанием Слайд 15 и Слайд 16.

Учитель: а теперь давайте определим условия, при которых возникают свободные колебания. Рассмотрим пример с нитяным маятником. Мы с вами уже поняли, какие силы действуют внутри этой колебательной системы. Кто может изобразить эти силы на рисунке и сложить их?

Учитель: совершенно верно (появляется рисунок на Слайд 6). Мы с вами видим, что результат сложения 2-х сил – равнодействующая , она возвращает маятник к положению равновесия. Мы назовем ее “возвращающей” силой. А какая сила является “возвращающей” для пружинного маятника? Ученики называют силу упругости пружины.

Учитель: вот мы и определили одно из условий возникновения свободных колебаний: наличие “возвращающей силы”. А теперь подумайте: что и почему произошло бы, если бы мы поместили любой из маятников, например, в воду?

Ученики: колебания бы быстро прекратились из-за очень большого трения.

Учитель: вот вам и второе условие: трение должно быть малым. Запишем эти условия (появляются на Слайд 6, ученики записывают), подведем итог (предлагается еще раз осмыслить условия возникновения свободных колебаний, посмотрев анимацию): Анимация со звуком "Условие возникновения и продолжения колебаний"

Учитель: а теперь получите колебания с амплитудой 15 см (Задание 1 на Слайд 8). Молодцы!

Вы заметили, что в каждый момент времени колеблющееся тело занимает определенное положение относительно положения равновесия. Введем еще одну характеристику – смещение х (определение появляется на Слайд 8, ученики записывают его).

Учитель: а теперь посчитаем. Приготовьте к работе секундомеры своих мобильников. (На Слайд 9 – ЗАДАНИЕ 2 ) Внимательно прочитайте задание и начинайте работать:

1. Отклонив маятник на 15 см от положения равновесия, подсчитайте число n полных колебаний

за t = 30 секунд, запишите: n =…

2. Определите время, за которое совершается одно колебание (попробуйте записать формулу).

Учитель: ребята, а как вы думаете, почему у вас получились разные результаты?

Ученики: наверное, потому, что у нас на партах маятники разной длины.

Учитель: да, ваше предположение верно, мы его запомним. А теперь попробуйте проговорить формулу, по которой вы считали время 1-го колебания.

Ученики: делили время t на число колебаний n за это время (на Слайд 9 – формула )

Учитель: Только что мы с вами ввели еще одну характеристику колебаний – период Т. Запишем определение и формулу для его вычисления (Слайд  9)

Учитель: теперь проведите еще одно исследование, выполнив ЗАДАНИЕ 3 (на Слайд 9 по щелчку):

уменьшите амплитуду колебаний в 2–3 раза, подсчитайте число n полных колебаний за t = 30 секунд. Вычислите период. Зависит ли период колебаний от их амплитуды? Запишите вывод.

Ученики проводят исследование, выполняют вычисления. Учитель просит 2-3-х учеников озвучить тот вывод, который они записали: период колебаний маятника не зависит от амплитуды. Затем воспроизводится Анимация со звуком "От чего зависит период колебаний математического маятника" , позволяющая подвести итог на данном этапе работы учеников.

Учитель: продолжим исследование (на Слайд 10 – ЗАДАНИЕ 4). По результатам ваших измерений попробуйте определить число полных колебаний за 1 секунду. Запишите формулу.

Учитель: молодцы! Мы с вами получили еще одну характеристику колебаний – частоту ν.

Далее учитель разъясняет физический смысл циклической частоты. На следующем слайде (Слайд 11) – информация о фазе колебаний. Учитель демонстрирует колебания двух тел в одинаковых фазах и в противофазах (анимации http://physics.nad.ru/Physics/Cyrillic/mech.htm) . Ученики записывают определение фазы.

Учитель: а теперь установим связь между периодом и частотой колебаний (появляется Слайд 12) Ученики делают вывод о том, что период и частота – величины взаимно обратные, записывают соответствующие формулы. Далее аналогичным образом устанавливается связь между периодом и циклической частотой.

Учитель: мы знаем, что любое движение можно описать словами (вербально), с помощью уравнений или с помощью графика. Посмотрите на этот график: можно ли утверждать, что здесь мы имеем дело с колебаниями?

Ученики: да, потому что на графике четко видна повторяемость.

Учитель: вы правы, речь идет о колебательном процессе. Это – фрагмент кардиограммы, на ней записаны биения сердца одной из ваших одноклассниц. Графики колебаний мы будем получать на следующем уроке, а пока проведем еще одно исследование – подсчитаем частоту и период колебаний собственного сердца и запишем результаты в рабочий лист.

На Слайд 13 появляются данные о том, какой пульс считается нормальным. Здесь же прописана последовательность действий учеников. Ребята самостоятельно проводят исследование и записывают его результаты.

(Слайд 14) Ребятам предлагается оценить свою работу 1-2 предложениями, начиная их словами:

 Ученики делают записи в рабочих листах, заполняя только 1 столбец (по своему усмотрению) после чего сдают рабочие листы учителю для оценивания.