Механические колебания

Механические колебания Физика, 11 класс. Учитель: Купенова Г.М. Механические колебания  Физика, 11класс Цели урока: Образовательные: сформировать у учащихся представления о колебательном движении; изучить  свойства и основные характеристики периодических (колебательных) движений.  Развивающие:  развивать умения и навыки анализировать знания и делать выводы; развитие речи  учащихся через организацию диалогического общения на уроке; развитие и поддержка внимания  учащихся через смену учебной деятельности. Воспитательные:  формировать познавательный интерес; воспитывать внимательность,  дисциплинированность, трудолюбие; создать атмосферу коллективного поиска, эмоциональной  приподнятости, радости преодоления трудностей. Межпредметные связи: математика  Наглядность: демонстрация колебаний математического и пружинного маятников. Оборудование:  набор   приборов   для   демонстрации   колебательных   процессов,  справочник (Приложение 1). План урока I. Оргмомент; II. Повторение известного материала; III. Изучение колебательных систем; IV. Практическая работа по таблицам; V. Домашнее задание. Ход занятия I.  Проблемная ситуация:  Какое физическое явление мы будем наблюдать, если отклонить шарик от положения равновесия и  отпустить? Как называется эта система? (продемонстрировать) . Математический маятник, пружинный, физический. Возможные применения колебаний: 1) солнечного ветра, 2) крови,  3) вибрации), Колебание геомагнитного поля Земли под действием ультрафиолетовых лучей и  Влияние колебаний магнитного поля Земли на живые организмы, движение клеток  Вредная вибрация ( разрушение мостов при резонансе, разрушение самолётов при  4) 5) 6) Полезная вибрация (полезный резонанс при уплотнении бетона, вибросортировка, Электрокардиограмма работы сердца, Колебательные процессы в человеке ( колебание барабанной перепонки, голосовых  связок, работа сердца и лёгких, колебания клеток крови). II.  Начнем  с повторения. Вопросы классу: 1. Какое движение совершает тело?  Сформулируйте определение колебательного процесса. Колебательный процесс ­ это процесс, который повторяется через определённые промежутки  времени. 2. Сформулируйте определения свободных и вынужденных колебаний (с примерами).  Свободные ­ это колебания, которые происходят без воздействия внешней силы.  Свободные  колебания являются затухающими.  Вынужденные ­ это колебания, которые происходят под воздействием внешней периодической силы.  Вынужденные  колебания ­ незатухающие. 3. Какие ещё виды колебаний вы знаете?  Сформулируйте определение. Гармонические колебания ­ это колебания, которые происходят по закону синуса или косинуса. 4. Условия возникновения колебаний? (продемонстрировать) 1) Наличие возвращающей силы, направленной против смещения; 2) Достаточное малое трение в системе. III.  Изучение колебательных систем. Какова  связь между колебательными движениями и функциями синус и косинус? Для построения этой модели обратим внимание, что равномерное движение точки по окружности  является периодическим процессом.  Даже будучи не знакомы с тригонометрическими функциями, достаточно легко построить график  закона движения тени шарика. Для этого необходимо изобразить окружность, отметить на ней  равноотстоящие точки, а затем нанести на график временной зависимости их координаты через  равноотстоящие интервалы времени.   Графики каких   функций  напоминает эта линия?  (sin x, cos x).   Характеристики гармонических колебаний: 1.  Период колебаний – время, за которое маятник совершается одно полное колебание. [Т] = с                 Т =    2. Частота колебаний – число полных колебаний в единицу времени.  [ν] = Гц     ν  =  [А] = м. 3. Амплитуда колебаний – наибольшее (по модулю) отклонение тела от положения равновесия.       4. Скорость  [] = м/с  5. Ускорение [a] = м/с2   6.  Фаза колебаний ­ Величину φ, стоящую под знаком функции косинуса или синуса, называют фазой  колебаний, описываемой этой функцией. 7. Циклическая частота ­ число колебаний за 2π с [  ] φ = рад. ω0 = 2πν; ω0Т = 2 ;   Т =  π Связь периода колебаний с частотой:  T =   ;     ν =  Рассмотрим колебания математического маятника  Механические колебания ­ это периодические изменения координаты, скорости и ускорения тела. Что необходимо сделать, чтобы в колебательной системе возникли колебания?  ­ отклонить тело от положения равновесия и отпустить  (продемонстрировать). На примере пружинного маятника: (продемонстрировать ). (Приложение 2) Превращение энергии в колебательном процессе Ep 0 0 0 Eк Eп Вывод уравнения для пружинного  маятника с помощью  закона сохранения энергии: Уравнение колебательного процесса  ) 0 IV.  Итак, мы получили уравнение колебательного процесса.  x m 2  kx 2 2 2 x 2 ( Вторая производная функции пропорциональна самой функции. Таким свойством обладают только  функции синуса и косинуса. (sin x)' = cos x;  (cos x)' = ­ sin x. Решение уравнения гармонических колебаний должно иметь вид произведения амплитуды колебаний   хт  на синус или косинус.  Проверим: х = хmax cos ω0t х = хmax sin ω0t Когда какую функцию выбирать зависит от значения координаты тела в начальный момент времени.  Если   х = хmax, то выбираем функцию косинус. Если   х = 0  ­  то синус. V. Домашнее задание: §18­24, упр 3.  Литература 1. Физика 11 класс /Г.Я. Мякишев, Б.Б.Буховцев, В.М.Чаругин­М. : Просвещение,2009. 2. "Аналогия между механическими и электромагнитными колебаниями"/О.Н. Бурлова.