План - конспект урока "Зависимость периода колебаний маятника от длины нити"

по дисциплине «Физика».

Преподаватель: Е.В. Видута

Специальность 23.02.07 Техническое обслуживание и ремонт двигателей, систем и агрегатов автомобилей

Общая тема: «Колебания и волны».

Тема урока: «Исследование зависимости периода колебаний математического маятника от длины нити».

Цели урока: 

• Образовательная – провести  исследование зависимости свободных колебаний нитяного маятника от его длины; осмыслить практическую значимость, полезность приобретаемых знаний и умений.

• Развивающая – создать условия для развития творческих и исследовательских навыков, совершенствовать мыслительную деятельность (умения сравнивать, размышлять, выделять главное, сопоставлять, делать выводы); развивать речь.

• Воспитательная – продолжить формирование коммуникативных умений; способствовать привитию культуры умственного труда, создать условия для повышения интереса к изучаемому материалу

Задачи урока:

Продолжить формирование у учащихся умений:

• Описывать и объяснять такие физические явления, как колебания нитяного маятника;

• Использовать физические приборы и измерительные инструменты для измерения физических величин: длины маятника, промежутка времени;

• Вычислять период и частоту колебаний маятника;

• Представлять результаты измерений с помощью таблицы и выявлять зависимость периода и частоты колебаний нитяного маятника от длины нити.

Тип урока: практический урок.

Методы обучения: Проблемно-поисковый с применением элементов технологий дифференцированного обучения и здоровье сбережения. Системно – деятельностный подход.

Формы работы учащихся: коллективная, групповая, самостоятельная

Оборудование: математический маятник, раздаточный материал с заданиями, мультимедийный комплекс.

Глоссарий по теме:

Механические колебания – это физические процессы, точно или приблизительно повторяющиеся через одинаковые интервалы времени.

Колебания, происходящие под действием внутренних сил в колебательной системе, называют свободными.

Вынужденные колебания – это колебания, происходящие под действием внешней периодически меняющейся силы.

Амплитуда – это наибольшее смещение колеблющейся величины от положения равновесия.

Период – это время одного полного колебания.

Частота колебаний – это число колебаний за единицу времени.

Ход урока.

1. Организационный момент: объявление темы урока, постановка цели, формулировка задач урока. Проверка посещаемости (перекличка) (2 минуты).

1. Мотивация и целеполагание:  (2 минута)

С колебательными движениями мы встречаемся очень часто в нашей жизни: периодически бьётся наше сердце, совершают колебания легкие, мы машем руками и моргаем глазами, колеблются ветви деревьев при порыве ветра, ноги при ходьбе, колеблются струны гитар, колеблется спортсмен на батуте и студент, пытающийся подтянуться на перекладине, пульсируют звезды (будто дышат), а возможно и вся Вселенная, колеблются атомы в узлах кристаллической решетки: Остановимся!

На прошлых уроках мы уже познакомились с колебаниями и их характеристиками. А сегодня наша задача закрепить полученные ранее знания и исследовать зависимость периода колебаний нитяного маятника от величин входящих в колебательную систему, также мы должны рассмотреть, где, как и с какой целью применяется нитяной маятник в настоящее время. 

1. Проверка знаний (фронтальный опрос) (4 минуты)

- Давайте повторим пройденный материал. Для этого мы используем прием критического мышления «Верю, не верю».

1. Колебания – движения, которые точно или приблизительно повторяются через определенные интервалы времени. (верю)

2. Период колебаний математического маятника зависит от массы и амплитуды колебаний. (не верю)

3. Период измеряется в секундах. (верю)

4. Вынужденные колебания – это колебания совершаемые теломподдействиемвнутренних сил (не верю)

5. Частота – это величина обратная периоду (верю)

6. В колебательную систему – «Математический маятник» входит нить, колеблющееся тело и Земля. (верю)

7. Колебания характеризуются периодом, амплитудой, частотой. (верю)

8. Вынужденные колебания затухающие. (не верю)

9. Колебания, под действием внутренних сил после выведения их из состояния равновесия являются свободными (верю)

10.Период – это время одного полного колебания. (верю)

4.Изучение нового материала (5 минут)

Математический маятник и период его колебания

Определение:

Математическим маятником называют физический маятник, вся масса которого сосредоточена в одной точке, центре масс маятника.

Чаще всего математический маятник рассматривают как шарик, который подвешен на длинной невесомой и нерастяжимой нити. Это идеализированная система, совершающая колебания под действием силы тяжести. Хорошим приближением к математическому маятнику считают тяжелый маленький шарик, совершающий колебания на тонкой длинной нити.

Если длина маятника постоянна, но изменяются массы грузов, прикрепленных к подвесу, то период колебаний маятника не изменится. Период колебаний математического маятника не зависит от массы груза.

Формула для периода колебаний математического маятника

Груз, подвешенный к нити маятника, движется по дуге окружности с ускорением, под воздействием некоторой возвращающей силы, которая изменяется при его движении. Сила непостоянная, из-за чего расчет движения может приводить к значительным сложностям. Введем некоторые упрощения. Пусть маятник реализует не колебания в плоскости, а описывает конус (рис.1), при этом груз движется по окружности. Период интересующих нас колебаний будет совпадать с периодом конического движения груза

Формула для расчета периода колебаний математического маятника была выведена Гюйгенсом.

T – период колебаний математического маятника

𝑙 – длина нити маятника

𝑔 – ускорение свободного падения

Гюйгенс доказал, что период малых колебаний маятника не зависят от времени. Используя это свойство, названное изохронностью маятника Гюйгенс в тысяча шестьсот пятьдесят седьмом году, сконструировал первые маятниковые часы. Это свойство маятника было открыто 19-летним Галилеем более чем за 20 лет до открытия Гюйгенса. Наблюдая за тем, как раскачиваются в соборе светильники, подвешенные на нитях одинаковой длины, он заметил, что их период колебаний не зависит от времени. Наручных часов тогда не было, и юный Галилей пришёл к решению, которое для многих поколений будет служить образцом блеска и остроумия человеческой мысли: он сравнил колебания маятника с частотой биения собственного сердца.

1. Выполнение лабораторной работы (25 минут).

Инструктаж по технике безопасности при выполнении лабораторных работ.

Инструктаж по выполнению работы (в соответствии с методическими рекомендациями к лабораторным работам)

1. Укрепите кусочек резины с висящим на нём маятником к лапке штатива (длина нити маятника от точки подвеса до середины шарика должна быть равна 5 см)

2. Для проведения первого опыта отклоните шарик от положения равновесия на небольшую амплитуду (1-2 см) и отпустите.

3. Измерьте промежуток времени t, за который маятник совершит 30 полных колебаний. Результаты измерений запишите в таблицу

4. Проведите остальные 4 опыта так же, как и первый. При этом длину l нити маятника каждый раз устанавливайте в соответствии с её значением в таблице для данного опыта

5. Для каждого из 5 опытов вычислите и запишите в таблицу значения периода T колебаний маятника  

6. Для каждого из 5 опытов рассчитайте значения частоты ν колебаний маятника по формуле   или  

7. Сделайте выводы о том, как зависят период и частота свободных колебаний маятника от длины его нити

8. Ответьте контрольные вопросы из методических указаний.

1. Решение задач по теме. (5 минут)

1. На нити подвешен шарик массой 0,1 кг. Шарик отклонили на высоту 2,5 см (по отношению к положению равновесия) и отпустили. Определите максимальную скорость шарика.

Дано:

m= 0,1 кг

h=2,5 см = 0.025 м

_________

v_m=?

Решение:

Скорость колеблющегося шарика максимальна в момент прохождения положения равновесия.

Для решения задачи применим закон сохранения энергии:

Подставляем числовые значения величин:

1. В Исаакиевском соборе в Петербурге висел маятник с длиной подвеса 98м. Чему равен период его колебаний? Сколько колебаний он совершает за 1 минуту?

7.Итоги урока, рефлексия. (2 минуты)