Урок :"Механические колебания"

Этапы работы

Содержание этапа

1. Организационный момент.

Цели: Создать доброжелательную рабочую атмосферу в классе, способствовать созданию положительного эмоционального настроя учащихся на урок.

Задачи:

-проверить готовность рабочего места ученика

-сосредоточить внимание учащихся

-сконцентрировать зрительную, слуховую, смысловую память ученика.

2. Опрос учащихся по заданному на дом материалу.

Цели: Вспомнить особенности механических колебаний и их отличие от других видов механического колебания. Актуализировать знания: дать определение механических, свободных, вынужденных колебаний. Ответить на вопросы. Дать определение маятника, математического маятника. Назвать условие возникновения свободных колебаний.

Задачи:

- создание ситуации заинтересованности учащихся;

- создание предпосылок для участия детей в поставленной цели;

- показать, что полученное ранее знание имеет практическую ценность для усвоения нового материала;

- сделать логический переход к изучению новой темы.

Работа в парах.

Цель: Активизировать деятельность класса через работу учащихся в парах, добиться вклада каждого ученика, в решение поставленной задачи. Оценивание не только учителем, но и учениками.

3. Изучение нового материала.

Цели: Вывести уравнение движение тела колеблющегося на пружине и уравнение движения математического маятника. Найти аналогию между двумя уравнениями, сделать вывод.

Вывод.

Ускорение тела прямо пропорционально его координате x взятой с противоположенным знаком.

Ученик на рисунке показывает проекции силы тяжести.

Вывод.

Это уравнение имеет такой же вид, что и уравнение для шарика на пружине. Это означает, что движение шарика на пружине и колебания маятника происходит по одному и тому же закону.

Физминутка

Выполнить простейшие упражнения лечебной гимнастики по укреплению опорно-двигательного аппарата.

4. Закрепление материала.

Цель: Повторно закрепить с учащимися динамику колебательного движения

5. Подведение итогов урока.

Рефлекторно оценочный этап.

Оценка работы школьников учителем.

Подводятся итоги урока.

6. Задание на дом.

Обсуждается домашнее задание, даётся предварительная мотивация темы следующего урока.

1. Организационный момент.

На доске крупно написана тему урока, приготовлен компьютер, презентация, проектор. На предметном столе штатив с укреплённым шариком на пружине, штатив с маятником.

Урок начинается с вступительного слова учителя. Он приветствует учащихся, говорит о том, что сегодня предстоит сделать на уроке. Желает всем получить хорошие оценки, старательно работать на уроке.

2. Опрос учащихся по заданному на дом материалу. Учитель задаёт вопросы, с помощью которых происходит ориентирование учащихся в учебном материале и делает логический переход к изучению новой темы.

1) Дать определение механических колебаний. Привести примеры.

Механические колебания – это движение, которые точно или приблизительно повторяются через определённый интервал времени.

Например: повторяющиеся движение поршней в двигателе автомобиля (показ модели), поплавка на воде, ветки дерева на ветру, биение сердца.

2) Что мы называем системой?

- Группу тел, движение которых изучаем.

3) Какие силы называют внутренними?

- Силы действующие между телами систем называют внутренними.

4) Какие силы называют внешними?

- Силы действующие на тела системы со стороны тел не входящих в систему, называют внешними силами.

5) Дать определение свободных колебаний.

- Свободные колебаниями, называются колебания в системе происходящее под действием внутренних сил, после того как система была выведена из положения равновесия, предоставлено самой себе.

Демонстрация колебаний шарика на пружине и колебания маятника.

6) Почему колебания затухают?

- Действуют внешняя сила сопротивления воздуха.

Демонстрация действия силы поддерживающей колебания, вынуждающая сила.

Заключение: Колебания бывают свободными, затухающими, вынужденными.

Работа в парах.

1. Перечислить условия возникновения механических колебаний.

2. Рассмотреть движение шарик массой m прикреплённого к пружине. Зарисовать силы действующие на шарик.

3. Рассмотреть движение шарика на нити (нитяной маятник). Зарисовать силы.

Ответы:

1 здание.

Условие возникновения механических колебаний.

1. Наличие положения устойчивого равновесия, при котором равнодействующая сила равна нулю.

2. Хотя бы одна сила должна зависеть от координаты.

3. Наличие в колеблющейся материальной точке избыточной энергии.

4. Если тело вывести из положения равновесия, то равнодействующая сила не равна нулю.

5. Силы трения в системе малы.

2 задание.

При растяжении пружины на тело начинает действовать сила упругости которое стремится вернуть тело в положение равновесия, но дойдя до положения равновесия, тело проходит это положение по инерции и начинает сжимать пружину. При сжатии пружины возникает возрастающая сила упругости, направленная к положению равновесия.

3 задание.

Выведем тело из положения равновесия. На тело будет действовать две силы: сила тяжести F=mg и сила упругости нити F_упр=-kx. Сила тяжести F_т направлена вертикально вниз, сила упругости направлена вдоль нити. Силу тяжести разложим на 2 составляющие. F_yнаправленное вдоль нити и F_x направлена перпендикулярно нити по касательной к траектории шарика. Под действием составляющей силы тяжести F_x шарик начинает двигаться по дуге окружности с нарастающей по модулю скорости. Шарик по инерции проходит положение равновесия и начинает подниматься вверх равнозамедленно, после остановки, шарик снова движется к положению равновесия.

3. Изучение нового материала.

Цель учителя: Обозначить перед учащимися проблему для успешного решения в процессе урока. Обеспечить восприятие и первичное запоминание знаний.

Работа с учащимися.

Учитель проходит по рядам и просматривает выполнение предложенных заданий. Отмечает лучший ответ и предлагает продолжить работу на доске, а именно вывести уравнение движения шарика на пружине.

Вопрос к классу.

Как движется шарик?

- Шарик движется с ускорением.

Запишите второй закон Ньютона.

- F=ma (1)

Какая сила действует на шарик со стороны пружины и стремится вернуть его в положения равновесия?

- Сила упругости.

Чему равна сила упругости согласно закону Гука?

- F_упр=-kx (2)

k – жёсткость пружины

x – координата.

Приравняем правые части уравнения (1) и (2)

Что получилос?

ma=-kx

Разделим левую и правую части на m.

Так как k и m постоянные величины, то их отношения тоже постоянная величина.

(4)

Мы получили уравнение описывающее колебания тела на пружине под действием силы упругости. Сделаем вывод.

Запишем вывод в тетрадях.

Первый ученик садится, к доске выходит второй ученик. Выполняет задание №3.

При колебаниях шарика на нерастяжимой нити, он всё время движется по дуге окружности, радиус которой равен длине нити l, поэтому положение шарика в любой момент времени определяется одной величиной, углом α отклонения нити от вертикали. Будем считать угол α положительным, если маятник отклонён вправо от положения равновесия. Касательную к траектории будем считать направленную вправо (положительную).

Сила тяжести разложим на 2 составляющие по оси x и по оси y. Найдём значение проекции силы тяжести на ось x.

F_x=-mgsinα (5)

Маятник движется с ускорением по второму закону Ньютона и копирует F=ma.

Приравняем правые части уравнений 1 и 5.

ma=-mg*sinα

Разделим на m обе части уравнения.

a=-g*sinα

При малых углах можно считать sinα = α=

где l - длина нити, x – координата.

Окончательно имеем

Какой вывод мы можем сделать?

Учитель: - Верно, не смотря на то, что силы вызывающие колебания имеют различную физическую природу мы можем сделать вывод, и в случае с маятником. Ускорение прямо пропорционально координате.

Показ презентации.

Физминутка.

4.Закрепление материала.

Ребята, какие колебания мы сегдня рассмотрели на уроке?

- Колебания шарика на пружине и колебания маятника.

Конкретно, какие это колебания?

- Свободные.

Верно. Ещё раз дайте определение свободных колебаний.

- Свободными колебаниями называются колебания по действием внутренних сил.

Назовите тела входящие в систему.

- Закреплённая пружина и шарик.

А в этой системе? (показывает на маятник)

- Маятник и земля.

Какие знания пригодились нам сегодня на уроке?

Знание о силах, разложение сил на составляющие. Закон Гука. Второй закон Ньютона.

Какую главную цель мы приследовали?

- Вывести закон движения колеблющегося тела.

Какой вывод мы сделали?

- Движение шарика на пружине и движение маятника описываются похожими уравнениями.

Ещё конкретнее.

- Ускорение прямо пропорционально координате.

5. Подведение итогов урока.

Я благодарю вас за работу на сегодняшнем уроке. Заслуженные оценки получают.

6. Задание на дом.

§21. Повторить определения периода, частоты, фазы.

Сильным ученикам подумать: Какую физическую величину нужно ввести в уравнения движения маятника, чтобы стало ясно – движение периодическое.

Следующая тема урока будет тесно связана с математикой. Повторить графики тригонометрических функций, косинус и синус.

Желаю всем успехов.