урок физики_колебательные движения
план-конспект урока по теме

Содержание урока

1. Мотивация (слайд 1)

В начале урока обучающимся выдаются бланки, в которых нужно дописать определения.

1. Колебательным движением называется …
2. Колебания бывают …
3. Периодом колебаний называют …
4. Амплитудой называют …
5. Свободными колебаниями называют …
6. Виды колебательных систем …
7. Общее у всех колебательных систем …

2. Изучение нового материала (лекция)

(слайд 2) Колебания - один из самых распространенных процессов в природе и технике.

Приведите примеры колебаний.

Ответ: Колеблются высотные здания и высоковольтные провода под действием ветра, маятник заведенных часов и автомобиль на рессорах во время движения, уровень реки в течение года и температура человеческого тела при болезни.

Звук - это колебания плотности и давления воздуха, радиоволны - периодические изменения напряженностей электрического и магнитного полей, видимый свет - тоже электромагнитные колебания, только с несколько иными длиной волны и частотой. Землетрясения - колебания почвы, приливы и отливы - изменение уровня морей и океанов, вызываемое притяжением Луны и достигающее в некоторых местностях 18 метров, биение пульса - периодические сокращения сердечной мышцы человека и т.д.

Смена бодрствования и сна, труда и отдыха, зимы и лета...
Даже наше каждодневное хождение на работу и возвращение домой попадает под определение колебаний, которые трактуются как процессы, точно или приближенно повторяющиеся через равные промежутки времени (повторяющееся движение по одной и той же траектории).

Колебания играют огромную роль в жизни человека. Без знания законов колебаний нельзя было создать радио, телевидение, многие современные устройства и машины. Колебания многогранны. Иногда они выступают как друг и помощник, а иногда как коварный враг.

Историческая справка (слайд 3)

Специальный раздел физики – теория колебаний – занимается изучением закономерностей этих явлений. Знать их необходимо судо- и самолетостроителям, специалистам промышленности и транспорта, создателям радиотехнической и акустической аппаратуры.

Первыми учеными, изучавшими колебания, были Галилео Галилей (1564...1642) и Христиан Гюйгенс (1629...1692). Полагают, что соотношение между длиной маятника и временем каждого качания открыл Галилей. Однажды в церкви он наблюдал, как качалась огромная люстра, и засекал время по своему пульсу. Позже он открыл, что время, за которое происходит один взмах, зависит от длины маятника. Время наполовину уменьшается, если укоротить маятник на три четверти.

Гюйгенс изобрел первые часы с маятником (1657) и во втором издании своей монографии «Маятниковые часы» (1673) исследовал ряд проблем, связанных с движением маятника, в частности нашел центр качания физического маятника.

 Большой вклад в изучение колебаний внесли многие ученые: английские – У. Томсон (лорд Кельвин) и Дж. Рэлей, русские – А.С. Попов и П.Н. Лебедев, советские – А.Н. Крылов, Л.И. Мандельштам, Н.Д. Папалекси, Н.Н. Боголюбов, А.А. Андронов и другие.

(слайд 4) Колебания бывают механические, электромагнитные, химические, термодинамические и различные другие. Несмотря на такое разнообразие, все они имеют между собой много общего.

(слайд 5)  На рисунке изображены тела, которые могут совершать колебательные движения, если вывести их из положения равновесия (т.е. отклонить или сместить от линии ОО/). В движении этих тел можно найти много различий. Например, шарик на нити (рис. а) движется криволинейно, а цилиндр  на резиновом шнуре (рис. б) – прямолинейно; верхний конец линейки (рис. в) колеблется с большим размахом, чем средняя точка струны (рис. г).  

(слайд 6) За одно и то же время одни тела могут совершать большее количество колебаний, чем другие. Но при  всем разнообразии этих движений у них есть важная общая черта: через определенный промежуток времени движение любого тела повторяется.

Минимальный промежуток времени, через который движение повторяется, называют периодом колебаний. Поэтому говорят, что колебательное движение периодично.

Если тело, подвешенное на нити, отведем влево на некоторое расстояние и отпустим, тело будет двигаться с ускорением вправо – вниз, пройдет положение равновесие и вследствие инерции отклонится вправо – вверх и т.д.

Отклонение тела от положения равновесия называют смещением.

Наибольшее (по модулю) отклонение тела от положения равновесия называют амплитудой.

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.

(слайд 7)  Группу тел, движение которых мы изучаем, называют системой тел.

Силы, действующие между телами системы, называют внутренними.

Силы, действующие на тела системы со стороны тел, не входящих в нее, называют внешними

Самым простым видом колебаний являются свободные колебания.

(слайд 8) Свободными колебаниями называются колебания, происходящие благодаря начальному запасу энергии, приданному колеблющемуся телу.

Чтобы тело совершало свободные колебания, необходимо вывести его из состояния равновесия.

Свободно колеблющиеся тела всегда взаимодействуют с другими телами и вместе с ними образуют систему тел, которая получила название колебательной системы.

(слайд 9) Т.е. системы тел, которые способны совершать свободные колебания, называются колебательными системами.

(слайд 10) Рассмотрим колебательную систему, которую называют маятником. Существует несколько типов маятников: нитяные  и пружинные. 

- Земля, штатив, пружина и груз образуют вертикальный пружинный маятник (Земля на рис. не показана).

- Земля, подставка и подвешенный на легкой и прочной нити к подставке шарик, причем размеры груза много меньше длины нити, а его масса много больше массы нити, образуют колебательную систему, называемую математическим маятником или, просто маятником.

- Два штатива, две пружины и тело массой m образуют колебательную систему, которую называют горизонтальным пружинным маятником.

(слайд 11) Всем колебательным системам присущ ряд общих свойств:

• Наличие  положения устойчивого равновесия, при котором равнодействующая сила равна нулю.
• Хотя бы одна сила должна зависеть от координаты.
• Наличие в колеблющемся теле избыточной энергии.
• Если вывести тело из положения равновесия, то равнодействующая уже не будет равна нулю.
• Силы трения в системе достаточно малы.

3. Упражнения и вопросы для повторения: (слайд 12)

- Какое движение называют колебательным?

- Что называют колебанием тела?

- Что называют амплитудой колебания? Периодом? Смещением?

- Что такое маятник? Какой маятник называют математическим?

- Какой маятник называют пружинным?

- Какие из перечисленных ниже движений являются механическими колебаниями:

а) движение качелей;

б) движение мяча, падающего на землю;  

в) движение звучащей струны гитары?

- Приведите другие примеры механических колебаний.

4. Домашнее задание: (слайд 13)

• Гл.3 п.18-20 (Физика-11, Г.Я.Мякишев)

Прочитать, выучить определения

    - Выполнить практическую работу (по выбору)

(слайд 14)  № 1.  Сделайте два маятника приблизительно одного размера: один из картофеля, другой из бумажного шарика. Подвесьте их на нитях одинаковой длины. Отклоните их на одинаковый угол от положения равновесия. Подсчитайте их периоды. Сравните полученные значения. Сделайте вывод, от чего может зависеть период колебаний такого маятника. Одновременно ли прекратятся колебания? Почему? Объясните полученные результаты.

№ 2.  Изготовьте математический маятник из подручных средств. Приведите его в движение, подсчитайте частоту колебаний. Измерьте длину маятника, так чтобы частота увеличилась вдвое. Проверьте правильность своего расчета на опыте. Сделайте вывод о том, как меняется частота математического маятника в зависимости от его длины.