Колебательное движение, физика,

Раздел долгосрочного плана:Раздел 9.3 В – Колебания

Школа: МГ № 41 им. А. Пушкина

Дата: 

Ф.И.О учителя: Карпова А. А.

Класс: 9

Количество присутствующих:

отсутствующих:

Тема урока

Колебательное движение

Цели обучения, которые достигаются на данном  уроке (ссылка на учебную программу)

9.2.5.1 - приводить примеры свободных колебаний.

9.2.5.3 - рассчитывать период,  циклическую частоту, фазу по формуле

Цели урока

Учащиеся должны:

·         Учащиеся должны уметь объяснить, что такое колебание, положение равновесия, гармоническое колебание.

·         расширить представление о законе Гука;

·         различать математический маятник от пружинного.

Критерии оценивания

Учащийся достиг цели обучения, если…

·          учащийся сформировал знания о  механическом  гармо­ническом колебании, о его частоте, амплитуде, периоде,

·         Учащийся умеет на графике указать  время совершения одного цикла- период, максимальное смещение – амплитуда.

• Учащиеся должны применять полученные знания при решении задач.

Языковые цели

Предметная лексика и терминология

Учащиеся могут проводить в классе дискуссии по теме закон сохранения импульса тела, используя физические термины..

Предметная лексика и терминология

Колебательное движение, гармоническое колебание, период, частота, амплитуда.

Привитие ценностей

Способность анализировать и давать оценку проблеме с различных точек зрения; развитие навыков и исполнение различных ролей при работе в команде

Межпредметные связи

Доска - моделирование, видеоклип Видео с примерами:

https://www.youtube.com/watch?v=i-nf0C1aYsM

Навыки использования ИКТ

Доска - моделирование, презентация

Калькуляторы - для сбора, обработки и презентации данных

Предварительные знания

Механические движения

Ход урока

Запланированные этапы урока

Запланированная деятельность на уроке

Ресурсы

Начало урока

Середина урока

Организационный момент

Организовать внимание учащихся, приветствие учащихся, пожелание совместной плодотворной работы.
Психолого-эмоциональный настрой.

Целью нашего урока является изучить колебательное движение; основные величины, характеризующие колебательное движение  и превращение энергии при механических колебаниях.

Учащиеся должны знать движение  тел  и  причины  их  возникновения

Новая тема

Сегодня  мы  продолжаем  изучать раздел  физики : Механика.

- Что изучает  механика?  ( Движение  тел  и  причины  их  возникновения)

- С  какими  видами движения,  мы  уже  знакомы? (равномерное, свободное  падение  тел, равноускоренное, движение по  окружности).

Но  это  не  все  виды  движения. Есть  еще  один  вид  движения, с  которым  мы  встречаемся  в  природе, жизни, технике. Послушайте  стихотворение:

В тени косматой ели
Над шумною рекой
Качает черт качели
Мохнатою рукой.
Качает и смеется
Вперед, назад,
Вперед, назад.

Кто  сформулирует  тему  урока?  ( Колебательное  движение)

В окружающей нас действительности широко распространено движение, которое называется колебательным.

Приведите  примеры  колебаний,  с  которыми  мы  встречаемся  в  природе, быту?

(качели,  игла  швейной  машинки).

-  Примером  механических  колебаний, является  колебание  тела, подвешенного  на  пружине.

Общность этих движений заключается в том, что они все характеризуются повторяемостью: через некоторый промежуток времени колеблющееся тело регулярно возвращается в прежнее положение.

Таким образом, колебаниями в механике называют движение тела, которое точно или приблизительно точно повторяется через одинаковые промежутки времени.

Например, движение материальной точки по окружности, а также движение планет, как и колебательное движение, являются периодическими.

Рассмотрим, какими условиями должны удовлетворять силы, действующие на тело, чтобы оно совершало колебательное движение. Закрепим на лапке штатива один конец стальной пружины, а к другому подвесим груз. Груз может находится в покое при условии равенства по модулю действующих на него противоположно направленных сил тяжести и силы упругости.

Положение, в котором сумма векторов сил, действующих на тело, равна нулю, называется положением равновесия.

-  Как  вывести  тело  из  положения  равновесия?  (Необходимо  либо  сжать, либо растянуть пружину,   на  которой  висит  груз).

-  Верно,  при  растяжении   или  сжатии  пружины   сила  упругости  стремиться  вернуть  пружину  в  положение  равновесия.  При  смещении  груза  из  положения  равновесия вниз, из-за   увеличения  деформации   пружины  сила  упругости  возрастает, а сила  тяжести неизменна.  Сила  упругости  стремиться  вернуть тело в  положение равновесия. Поэтому   тело  начинает  двигаться  вверх. Но  при  прохождении равновесия,  равнодействующая  сила  направлена  вверх  и  тело  по  инерции  продолжает  двигаться  вверх.  При  смещении  тела  вверх  вновь  сила  упругости  стремиться вернуть  тело  в  положение равновесия  и так  процесс  продолжается, пока  сила  трения, не  приведет  к  затуханию  колебаний.

Отклонение тела от положения равновесия называют смещением. Обозначают смещение буквой х. По закону Гука, сила упругости пропорциональна смещению и равна: F=-kx.

Механические колебания, которые происходят под действием силы, пропорциональной смещению и направленной противоположно ему, являются гармоническими колебаниями.

В идеальном случае (пренебрегая сопротивлением воздуха и внутренним трением) такая система будет совершать незатухающие гармонические колебания, при которых смещение x описывается функцией косинус или синус: x(t)=Acos(ωt+φ0) или x(t)=Asin(ωt+φ0).

В этих формулах A означает амплитуду колебаний, ωt+φ0 − фазу колебаний, φ0 − начальную фазу в момент t=0. Величина ω называется круговой или циклической частотой колебаний. Она связана с периодом колебаний T соотношением ω=2πT.

- Какие  условия  необходимы  для  осуществления  механических  колебаний? (1- наличие  силы, возвращающей  тело  в  положение  равновесия, в  нашем  случае, силы  упругости; 2 – сила  трения должна  быть  по  возможности малой).

ХАРАКТЕРИСТИКИ КОЛЕБАНИЙ:

1.Период Т – время одного полного колебания (с)  Т=

Минимальный интервал времени, через который происходит повторение движения, называется периодом колебания.

Процесс движения от некоторой точки до той же точки при повторении движения составляет один цикл. Один оборот тела по окружности называют циклом

2.  Частота  ν (ню) - число колебаний в 1 секунду  ( Гц) ν =

Частота колебаний- это число колебаний в единицу времени. За ед. частоты принимают частоту такого колебания, при котором за 1 с совершается одно полное колебание

4.  Фаза колебаний φ (фи)  –  физическая величина, применяемая для описания  состояния колебательной системы в данный момент времени (рад.).

5.  Смещение х – (координата) , определяет положение колеблющейся точки в любой момент времени (м).

6.  Амплитуда колебаний X_м  (или А) – максимальное смещение колеблющейся точки от   положения  равновесия .

По графику колебаний можно определить все характеристики колебательного движения. Так, например, график, описывает колебания с амплитудой А = 5 см, периодом Т = 4 с и частотой ν = 1 / T = 0,25 Гц.

Как и другие движения колебательное движение характеризуется скоростью и ускорением. При колебательном движении обе эти величины изменяются от точки к точке, от одного момента времени к другому. В точках максимального отклонения от положения равновесия скорость равна нулю. В точке равновесия скорость максимальна. Ускорение – наоборот.

Скорость и ускорение в колебательном движении изменяются периодически: через каждый период направление и модуль векторов скорости и ускорения повторяются.

Рассмотрим процесс превращения энергии при гармоническом колебательном движении на примере идеального горизонтального пружинного маятника. Будем считать, что в системе сил трения, сил сопротивления нет.

Когда эта система находится в равновесии и никакого колебания не происходит, скорость тела равна нулю и отсутствует деформация пружины. В этом случае энергии у данного маятника нет.

Выводя тело из положения равновесия, например, сжимая пружину на некоторую величину, ему сообщается некоторый запас потенциальной энергии.

Что в этом случае происходит? Пружина деформируется, изменяется ее длина. Пружине сообщается потенциальную энергию. Если теперь отпустить груз, не удерживать его, то он начнет свое движение к положению равновесия, пружина начнет выпрямляться, и деформация пружины будет уменьшаться. Следовательно, будет уменьшаться и ее потенциальная энергия. Скорость же тела будет увеличиваться, и по закону сохранения энергии потенциальная энергия пружины будет превращаться в кинетическую энергию движения тела.

В момент прохождения те­лом положения равновесия его потенциальная  энергия  равна  нулю, а кинетическая будет максимальна.

Потом вступает в действие явление инерции. Тело, которое обладает некоторой массой, по инерции проходит точку равновесия. Скорость тела начинает уменьшаться, а деформация, удлинение пружины, увеличивается.

Следовательно, кине­тическая энергия тела убывает, а потенциальная наоборот, возрастает.

В точке максимального отклонения тела его кинетическая энергия равна нулю, а потенциальная — максимальна.

Таким образом, при колебаниях периодически проис­ходит переход потенциальной энергии в кинетическую и обрат­но.

Полная же механическая энергия пружинного маятника равна сум­ме его кинетической и потенци­альной энергий.

ПРИМЕРЫ КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

Устройства, в которых могут осуществляться колебательные процессы, называются колебательными системами.

Математическим маятником называют тяжелый шарик малого размера, подвешенный на длинной, невесомой, нерастяжимой нити.  Этот маятник обладает всеми признаками колебательной системы.

Рассмотрим простой маятник – шарик, подвешенный на длинной прочной нити. Такой маятник называется физический.

Если размеры шарика много меньше длины нити, то этими размерами можно пренебречь. Растяжением нити также можно пренебречь, так как оно очень мало. Если масса нити во много раз меньше массы шарика, то массой нити также можно пренебречь.

Период малых колебаний математического маятника в поле силы тяжести Земли определяется по формуле Гюйгенса:

Период математического маятника не зависит от массы груза и от амплитуды колебания.

Пружинный маятник – это колебательная система, состоящая из материальной точки массой m и пружин, при движении которой не действуют силы трения.

Период колебаний пружинного маятника можно найти по формуле

где k – коэффициент жесткости пружины маятника. Как следует из полученной формулы, период колебаний пружинного маятника не зависит от амплитуды колебаний (в пределах выполнимости закона Гука).

Период колебания пружинного маятника зависит только от массы груза и от жесткости пружины.

Закрепление материала

1.      Какое движение называют колебательным? В чем главное отличие его от других движений?

2.      Что такое период колебаний? Что такое частота колебаний? Какова связь между ними?

3.      В каких точках траектории колеблющегося тела скорость равна нулю? Ускорение равно нулю?

4.      Какие величины характеризуют колебательное движение?

5.      Виды колебательных систем?

Решение задач.

1.      Шарик, подвешенный на нити, за 20 секунд совершил 16 колебаний. Определите период и частоту колебаний.

2.      Частота колебаний крыльев вороны в полете равна в среднем  3 Гц. Найдите период колебаний.

3.      Определите частоту колебаний (в Гц) поршня в двигателе автомобиля, если за 0,5 мин. поршень совершил 600 колебаний.

4.      Грузик, подвешенный на пружине, совершает  колебания с частотой 5 Гц. Определите время, за которое он пройдет расстояние от положения равновесия до точки, соответствующей максимальному смещению от положения равновесия (силами сопротивления движению пренебречь).

5.      Шарик, подвешенный на пружине, сместили на 1 см вниз от положения равновесия и отпустили. Какое расстояние пройдет шарик за 2с, если частота его колебаний 5 Гц? 

6.      Математический маятник длиной 2,5 м, находящийся на некоторой планете, совершил 100 колебаний за 314 с. Найдите ускорение свободного падения у поверхности  этой планеты.

Моделирование лабораторный маятник’: 

http://phet.colorado.edu/sims/pendulum-lab/pendulum-lab_en.html 

Моделирование ‘массы и пружины’: 

http://phet.colorado.edu/sims/mass-spring-lab/mass-spring-lab_en.html 

Простое гармоническое движение, в качестве проекции вращательного движения: 

http://www.nuffieldfoundation.org/practical-physics/shm-and-circular-motion 

5.Подведение итогов урока. Рефлексия.

Закрепление. Фронтальный опрос

Рефлексия:

Дифференциация – каким образом Вы планируете оказать больше поддержки? Какие задачи Вы планируете поставить перед более способными учащимися?

Оценивание – как Вы планируете проверить уровень усвоения материала учащимися?

Здоровье и соблюдение техники безопасности

Более способные учащиеся могут выполнять роли «экспертов» и оказывать помощь и в группе

Комментарии записываются в виде «Две звезды, одно пожелание». Учащиеся выявляют плюсы, а также дают свои пожелания на следующий раз

Активити «Круг пожеланий» - способность анализировать и давать оценку проблеме с различных точек зрения

Рефлексия по уроку

Были ли цели урока/цели обучения реалистичными?

Все ли учащиеся достигли ЦО?

Если нет, то почему?

Правильно ли проведена дифференциация на уроке?

Выдержаны ли были временные этапы урока?

Какие отступления были от плана урока и почему?

Используйте данный раздел для размышлений об уроке. Ответьте на самые важные вопросы о Вашем уроке из левой колонки.

Общая оценка

Какие два аспекта урока прошли хорошо (подумайте, как о преподавании, так и об обучении)?

1:

2:

Что могло бы способствовать улучшению урока (подумайте, как о преподавании, так и об обучении)?

1:

2:

Что я выявил(а) за время урока о классе или достижениях/трудностях отдельных учеников, на что необходимо обратить внимание на последующих уроках?