Методическая разработка урока "Аналогия между электромагнитными колебаниями и механическими колебаниями пружинного маятника. колебани

Урок физики в 11 классе

по теме «Аналогия между механическими и электромагнитными колебаниями»

Автор методической разработки : Андреенко Наталия Константиновна, учитель физики МБОУ СОШ №7 г.о. Серпухов, Московская область.

«Кто хочет ограничиться настоящим

                         без знания прошлого,тот никогда его

                                                                                                                           не поймет»           

Готфрид Вильгельм Лейбниц

Вид урока: урок обобщения и систематизации знаний.

Цель урока: установить, в чем проявляются аналогии между электромагнитными колебаниями в колебательном контуре и механическими колебаниями пружинного маятника.

Оборудование: компьютер, проектор, диаграмма «Рыбий скелет», карты моментальной проверки знаний, карты самооценки, электронное приложение Plickers для проверки знаний учащихся. Можно воспользоваться презентацией к уроку:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Планируемые образовательные результаты:

предметные:

 Обучающийся научится:

·   объяснять на основе имеющихся знаний,  условия возникновения механических и электромагнитных колебаний, находить параметры колебательного движения :амплитуду, период,  частоту колебаний, фазу колебаний. При описании правильно трактовать физический смысл используемых величин, их обозначения и единицы измерения, находить формулы, связывающие данную физическую величину с другими величинами, вычислять значение физической величины.

·  проводить аналогии между механическими и электромагнитными колебаниями. находить формулы, связывающие данную физическую величину с другими величинами.

·    приводить примеры практического использования знаний о физике колебаний

·    решать задачи, используя физические законы (формула Томсона, формула периода колебаний маятника на пружине, уравнения, описывающие колебательные процессы ). .Обучающийся получит возможность научиться:

·    использовать знания о физике колебаний в повседневной жизни для обеспечения безопасности при обращении с приборами и техническими устройствами, для сохранения здоровья и соблюдения норм экологического поведения в окружающей среде; приводить примеры влияния  колебаний на живые организмы;

·    использовать приемы построения физических моделей, поиска и формулировки доказательств выдвинутых гипотез и теоретических выводов на основе эмпирически установленных фактов.

Метапредметные УУД:            

 

познавательные:

 владеть приёмами отбора и систематизации материала, анализировать, сравнивать, делать выводы, строить логические рассуждения; приобрести опыт групповой деятельности как особой формы учебной работы, способствующей самостоятельности, инициативности, ответственности, повышению мотивации и эффективности учебной деятельности;

регулятивные:

     уметь самостоятельно определять цели обучения, ставить и формулировать новые               задачи в учебе и познавательной деятельности, оценивать свои действия в соответствии с поставленной задачей, определять степень успешности работы;

коммуникативные:

    свободно излагать свои мысли в устной и письменной форме, приводить аргументы, подтверждая их фактами ; слушать и слышать других, быть готовым корректировать свою точку зрения;

Личностные УУД:

осознанное, уважительное и доброжелательное отношение к истории, культуре, религии, традициям, языкам, ценностям народов России и народов мира;готовность и способность обучающихся к саморазвитию и самообразованию на основе     мотивации к обучению и познанию; готовность и способность к осознанному выбору и построению дальнейшей индивидуальной траектории образования

Воспитательные цели и задачи:

Создание благоприятных условий для приобретения школьниками опыта осуществления социально значимых дел.  Это:

1)опыт самостоятельного приобретения новых знаний, проведения научных исследований, опыт проектной деятельности;

2) опыт творческого самовыражения.

                                                               Ход урока:

Мотивация к учебной деятельности.

Вступительное слово учителя:

Друзья мои! Сегодня на уроке с вами

Должны добыть мы знаний и немалых.

Запомните: процесс учения тогда успешен,

Когда в нем личный вклад замешен.

Идею выдвини, задай вопрос,

И, не сиди, повесив нос!

Тема нашего урока «Аналогия между механическими и электромагнитными колебаниями».

Актуализация знаний.

Слово учителя:

В современной физике выделяется специальный раздел «Физика колебаний». Физика колебаний имеет очень большое практическое применение. Она занимается исследованием вибраций машин и механизмов, её выводы лежат в основе электротехники переменных токов и радиотехники. Как говорит великий Готфрид Вильгельм Лейбниц, «Кто хочет ограничиться настоящим без знания прошлого, тот никогда его не поймет».Будем считать, что наше настоящее-это урок сегодня, а прошлое-это уроки физики по изучению механических колебаний. Давайте проверим, насколько хорошо вы ориентируетесь в характеристике механических колебаний.

 

 

 

Итак, для вас приготовлена на  листочках «Разминка», и у каждого для ответов лежит карта моментальных ответов с черным квадратом.   Вопросов-5, на ответ по каждому вопросу дается 1мин.

Мы начинаем.

 Самостоятельная работа-разминка

1.Какое движение представляют собой колебания?

А) линейное; В)нелинейное; С)повторяющееся во времени; D)криволинейное.

2.Свободными колебаниями называются:

А)колебания в системе под действием внутренних сил; В)колебания в системе, выведенной из положения равновесия; С)колебания в системе , предоставленной самой себе; D)колебания в системе под действием внутренних сил, после того как система выведена из положения равновесия и предоставлена самой себе.

3.Необходимым  условием возникновения колебаний пружинного маятника является:

А)действие силы упругости; В)действие силы упругости и наличие инертности груза; С)наличие инертности груза; D)наличие колебательной системы и действие внешней силы.

4.За время, равное периоду колебаний, преобразование энергии из одного вида в другой происходит:

А)два раза; В)три раза; С)четыре раза; D)пять раз.

5. Как изменится период колебаний пружинного маятника, если уменьшить массу груза в 4 раза, а жесткость пружины увеличить в 4 раза?:

А)период уменьшится в 16раз; В)период увеличится в 2раза;  С)период уменьшится в 4 раза; D)период увеличится в 16 раз.

Работа выполняется в течение 8мин. Учитель проверяет ответы с помощью приложения «Plickers» , установленного в телефоне.

 

 

 

Слово учителя:

Работа завершена. Вы можете оценить свои знания: за пять верных ответов-«отлично», за четыре верных ответа-«хорошо», за три верных ответа-«удовлетворительно». На оборотной стороне листочка с вопросами разминки напишите свою фамилию и поставьте оценку. Отложите листочки.

А теперь перейдем к теме урока.

Цель урока: (проблемный вопрос)установить, в чем проявляется аналогия между электромагнитными колебаниями и колебаниями пружинного маятника.

Для быстрого достижения цели урока используем метод «Мозговой штурм» и   диаграмму причинно-следственных связей «Рыбий  скелет». Изобретение принадлежит крупнейшему японскому эксперту по управлению качеством Каору Исикаве. Эта техника изначально успешно применялась для анализа факторов, которые приводят к производственному браку. Но со временем её начали использовать и в других проектах.

У каждой группы на столе лежит такая диаграмма. Подпишите на обороте диаграммы номер своей группы. Проблема определена- это цель нашего урока. Запишите проблему в голове рыбы. Задача каждой группы в течение 10мин найти в чем проявляется аналогия между электромагнитными и механическими колебаниями и записать свои размышления на костях рыбьего скелета. Для каждой группы на  подставках из картона есть вопросы, которые помогут вам найти аналогии. По истечении 7мин каждая группа представляет результаты своих исследований.

 

 

 

Задания группе 1

1.Какие колебания называют электромагнитными?

2.Как были открыты электромагнитные колебания?

3.При возникновении механических колебаний изменяется координата х. Какая величина в электромагнитных колебаниях изменяется аналогично координате?

4.За  счет какого явления электрический ток в колебательном контуре не исчезает сразу, когда напряжение на конденсаторе становится равным нулю, а тело не останавливается, проходя положение равновесия.

 

Задания группе 2

1.Как получить электромагнитные колебания?

2.Какие превращения энергии осуществляются в колебательном контуре?  При механических колебаниях пружинного маятника происходят превращения энергии аналогично процессам в контуре?

3.Чему равна энергия колебательного контура в произвольный момент времени?

4.Почему при подключении конденсатора к катушке он разряжается постепенно?

Задания группе 3

1.Являются ли  электромагнитные колебания гармоническими, также как  механические колебания пружинного маятника?

2.Совершает ли сила тока гармонические колебания? Докажите.

3.Назовите аналог силе тока у механических колебаний пружинного маятника.

4.Как выглядит основное уравнение, описывающее свободные механические и электромагнитные колебания?

 

 

Задание группе 4

1.Является ли уравнение, описывающее процессы в колебательном контуре, аналогичным уравнению гармонических механических колебаний пружинного маятника?

2.Покажите, как найти период свободных колебаний в колебательном контуре.

3.Можно ли считать, что формула Томсона аналогична периоду колебаний пружинного маятника?

4.Можно ли считать, что индуктивность катушки является аналогом массы пружинного маятника?

Задание группе 5

1.В колебательном контуре u=q/c  или u=1/c*q. 1/c-постоянная величина для колебательного контура. Назовите аналог подобной величины у пружинного маятника.

2.Колебания силы тока опережают по фазе  на π/2 колебания заряда. Можно ли считать, что колебания скорости тела, в случае пружинного маятника опережают колебания координаты х на π/2 ?

3.Какая величина, характеризующая , электромагнитные колебания, аналогична ускорению тела при механических колебаниях пружинного маятника?

4.Причины, вызывающие электромагнитные и механические колебания, имеют одинаковую или разную природу? Можно ли  при этом считать, что характер периодического изменения различных величин одинаков?

Слово учителю:

Время истекло. На выступление каждой группе -3мин.

 Группа 1 представляет свои результаты:

 

 

 

 

 

 

 

 

В электромагнитных колебаниях аналогично координате Х изменяется электрический заряд, а аналогично проекции скорости изменяется сила тока.

Ток в контуре не исчезает  сразу из-за самоиндукции, а у пружинного маятника аналогом является инертность.

Группа 2:

Превращение энергии в колебательном контуре происходит аналогично превращению энергии при колебаниях пружинного маятника.

При подключении  конденсатора к катушке конденсатор разряжается не сразу, а постепенно вследствии самоиндукции в катушке, и сила тока не сразу достигнет максимального значения. Разрядка конденсатора обусловлена напряжением u между пластинами , а u=q/ c. Аналогично в пружинном маятнике вследствие инертности тело лишь постепенно увеличивает скорость под действием силы и эта скорость после прекращения действия силы не становится сразу равной нулю. Аналогия в двух величинах: 1/ c и к.

Группа 3:

И колебания пружинного маятника, и электромагнитные колебания являются гармоническими, так как колебания заряда и силы тока подчиняются закону косинуса и синуса и, аналогично у пружинного маятника колебания координаты и скорости происходят по тем же законам.

Аналогом силы тока в электромагнитных колебаниях является проекция скорости в колебаниях пружинного маятника.

 

 

 

 

Группа 4:

Уравнение, описывающее процессы в колебательном контуре, является аналогичным уравнению гармонических механических колебаний пружинного маятника.

Формула Томсона аналогична формуле для расчета периода колебаний пружинного маятника.

Индуктивность катушки является постоянной величиной для данного колебательного контура. А у пружинного маятника такой постоянной величиной является масса груза.

Группа 5:

Колебания силы тока опережают по фазе  на π/2 колебания заряда.  Аналогично  можно  считать, что колебания скорости тела, в случае пружинного маятника опережают колебания координаты х на π/2 .

Величина, характеризующая , электромагнитные колебания -это  вторая производная заряда по времени.  Она аналогична ускорению тела при механических колебаниях пружинного маятника или второй производной координаты по времени.

Можно подводить итог нашим исследованиям.

Внимание на экран. На экране диаграмма «Рыбий скелет».

 

Учитель:Сравниваем наши ответы. Все ли аналогии мы нашли? Добавляем то, чего не учли. 

Какой можно сформулировать вывод? Попросим это сделать представителя 5-й группы.

Причины, вызывающие электромагнитные и механические колебания, имеют  разную природу. При этом можно считать, что характер периодического изменения различных величин одинаков.

В «хвост» своей диаграммы запишите вывод.

Уважаемые ребята! Вам осталось оценить свою работу на уроке,  используя карту самооценки. «В гениальности 1% таланта и 99% труда»-Томас Эдисон.

 

 

Карта самооценки

Сегодня на уроке:       Я научился…     Было интересно…     Было трудно понять…     Могу похвалить себя за то, что…     Могу похвалить одноклассников за то, что…     Больше всего мне понравилось…     Мне показалось важным в теме…       Для меня было открытием то, что…

 

Спасибо за урок!