Разработка урока по теме "Изучение колебаний математического маятника"
план-конспект занятия по физике (9 класс) по теме

Этап урока

Деятельность учителя

Деятельность учащегося

Мотивация учащихся (1-2 минуты)

Добрый день, уважаемые девятиклассники! Я рада приветствовать вас на уроке, который мне хотелось бы начать словами Конфуция «Скажи мне – и я забуду, покажи мне – и я запомню, дай сделать – и я пойму». Как вы думаете, что означает эта фраза?

Учащиеся поясняют: можно послушать и забыть, можно посмотреть и просто запомнить, но для того, чтобы понять необходимо обязательно попробовать сделать самому.

Все правильно, поэтому в ходе нашего урока вам предстоит самостоятельно добывать знания в ходе физических экспериментов.

Фронтальный опрос (актуализация знаний) – 5 минут

Для того чтобы ваша работа была эффективной, нам необходимо повторить материал, пройденный на предыдущих уроках:

1) Что такое колебания?

1) Колебаниями называют периодические изменения физической величины.

2) Какие колебания называются свободными?

2) Колебания, происходящие под действием внутренних сил системы, называются свободными.

3) Какие колебания называются гармоническими?

3) Колебания, происходящие по закону синуса или косинуса, называются гармоническими.

4) Назовите характеристики колебательного движения.

4) Амплитуда, период, частота.

5) Что такое амплитуда?

5) Максимальное отклонение колеблющейся величины от положения равновесия.

6) Что такое период колебаний?

6) Минимальный промежуток времени, через который колебания повторяются.

7) Что такое частота колебаний?

7) Величина, обратная периоду колебаний.

8) Приведите примеры известных вам колебательных систем.

8) Качели, поплавок на волнах, колебания камертона, маятник часов.

Первичное введение в тему (интерактивна я лекция)– 5 минут

Как вы думаете, при каких условиях тело под действием силы начинает колебаться?

Тело совершает колебательные движения, если при выведении его из положения равновесия  возникает сила, стремящаяся вернуть его в исходное положение.

Простейшие колебательные системы, при помощи которых можно изучать параметры колебательных движений – пружинный и математический маятник. Сегодня мы остановимся с вами на одной из них – математическом маятнике. Не хватит пальцев на руках, если начать пересчитывать "профессии" маятника. И сейчас их число только увеличивается. Так, если раньше с маятником или лозой (рамкой) в руках искали воду - во все времена, и успешно, - то сейчас ещё ведут поиск затонувших кораблей и мест скопления рыбы. Ищут людей в завалах шахт, при землетрясениях и в снежных обвалах, ищут - и находят! А месторождения ископаемых открывают таким странным образом и до сих пор. Немало их открыл, к примеру, доктор геолого-минералогических наук Н.Н.Сочеванов.

А знаменитый экстрасенс Ури Геллер свой первый миллион долларов заработал, летая на самолёте на малой высоте над непроходимыми джунглями Бразилии, с маятником в руках. Он искал нефть, и нашёл её очень приличное количество. Что же представляет собой математический маятник? Математический маятник - это материальная точка, совершающая колебания на длинной тонкой невесомой нити.

Как вы думаете, зачем необходимы такие ограничения – нить длинная и невесомая, груз – материальная точка (тело пренебрежимо малых размеров)?

Дети делают предположения.

От чего будет зависеть период колебаний такой колебательной системы?

От угла отклонения, от амплитуды колебания, от массы груза, от длины нити.

Деление на группы + динамическая пауза (2-3 минуты)

Далее класс разбивается на группы по 3-4 человека (для этого можно использовать любой из активных методов обучения, например, метод «Броуновское движение». Учитель предлагает учащимся создать в классе хаотическое движение, затем по сигналу учителя, ребята должны объединиться в «молекулы» (количество атомов в молекуле называет учитель), повторяется несколько раз до тех пор,  пока не образуются «трехатомные» молекулы - они же и создадут группу. Данное упражнение выполнит две функции – позволит распределить ребят в группы и создать динамическую паузу на уроке).

Экспериментально-исследовательская работа учащихся – по группам (20 минут)

Сегодня вы представители научно-экспериментальных лабораторий и вам предстоит в ходе выполнения экспериментальных заданий проверить правильность выдвинутых вами гипотез. Посовещайтесь и определите необходимое оборудование, а также последовательность действий для проверки ваших предположений (если у учащихся возникнут затруднения, учитель задает наводящие вопросы, приводя детей к самостоятельному выбору лабораторного оборудования и порядка действий).

Учащиеся самостоятельно выбирают лабораторное оборудование и определяют порядок действий. При выполнении экспериментальных заданий учащиеся заносят результаты в рабочую тетрадь ученика и формулируют первичные выводы.

Задание №1: «Исследование зависимости периода колебаний математического маятника от амплитуды».

Задание №2: «Исследование зависимости периода колебаний от массы груза»

Задание №3: «Исследование зависимости периода колебаний от длины нити»

А как вы думаете, колебания математического маятника не изменятся, если мы перенесем установку с Земли на Луну, Венеру или Марс? Мы, конечно, не космические путешественники, и нам не удастся отправиться в путешествие на другую планету, но в ответе на данный вопрос нам поможет компьютерный эксперимент.

Учащиеся выполняют задание с помощью интерактивного приложения из коллекции ФЦОР, задавая различные значения ускорения свободного падения (пояснения к эксперименту в рабочей тетради ученика).

Компьютерный эксперимент «Исследование зависимости периода колебаний математического маятника от ускорения свободного падения g»

Ход работы:

1. Ознакомьтесь с работой интерактивной модели. Представленная модель позволяет изменять ускорение свободного падения (g в модели показывает значение ускорения свободного падения по отношению к ускорению свободного падения на земле).
   
2. Установите g=1. Запустите модель, при помощи секундомера измерьте время 10 полных колебаний. Вычислите период, занесите данные в таблицу.
   
3. Проделайте предложенный опыт для g=0,5 (то есть ускорение уменьшено в 2 раза) и g=2 (то есть ускорение увеличено в 2 раза).
   
4. Сделайте вывод.
   

 Теперь давайте попробуем обобщить все ваши данные, полученные в ходе выполнения экспериментальных заданий и сформулировать общий вывод.

Опираясь на данный вывод и полученную зависимость, учитель  знакомит учащихся с формулой периода колебаний математического маятника.

Обобщая полученные результаты, ученики самостоятельно формулируют вывод.

Период колебаний математического  маятника зависит от

-длины нити,

-ускорения свободного падения

и не  зависит от

-амплитуды колебаний и

-массы груза.

Анализ и практическое использование полученных знаний – 1-2 минуты

Где же используется данная зависимость?

Устройство первых часов было основано на действии математического маятника. Ход этих часов регулировался длиной нити подвеса. С помощью математического маятника очень просто измерить ускорение свободного падения. Значение величины g меняется в зависимости от строения земной коры, от присутствия в ней тех или иных полезных ископаемых, поэтому геологи для разведки залежей до сих пор используют прибор, основанный на зависимости периода колебаний математического маятника от значения g. Маятник использовался для доказательства суточного вращения Земли.

Закрепление изученного материала 6-7 минут (дифференцировано)

Учащимся предлагается указать положение маятника в различные доли периода: T/2, T/4, T, 2T, T/8, 5T/8, 3T/4

t = T/2 соответствует точке 5

t = T/4 соответствует точке 3

t = T соответствует точке 1

t = 2T соответствует точке 1

t = T/8 соответствует точке 2

t = 5T/8 соответствует точке 4

t = 3T/4 соответствует точке 3

Затем задания даются дифференцировано:

1)наиболее подготовленным ученикам предлагают решить задачу: Два маятника начинают одновременно совершать колебания. За одно и то же время первый маятник совершил 15 колебаний, а второй совершил только 10. Каково отношение длин маятников?

– при возникновении затруднений на слайде презентации предусмотрено решение.

Выразим  длину маятника через период колебаний:

l=T2g/4π2 .

Период колебаний определим  по формуле   

T=t/N.

Тогда  l=(t2g)/(N24π2).

Отношение длин маятников: l1/l2=N22/N12 =2,25.

Остальным ученикам предлагается ответить на вопросы интерактивной викторины или сложить физические паззлы.

Учащиеся выполняют задания викторины или складывают физические  паззлы на сайте LearningApps.org

Рефлексия деятельности на уроке

Вы сегодня замечательно поработали. Многие из вас достигли новых вершин, познали новое для себя, смогли поделиться своими знаниями с товарищами по группе. Я предлагаю вам оценить свою работу  на уроке при помощи циферблата часов, дорисовав стрелку в том секторе, который соответствует вашей деятельности на уроке.

Рефлексия практической деятельность предусмотрена при подведении выводов по итогам каждого экспериментального задания, общая рефлексия на уроке  организуется в конце урока при помощи «Циферблата» - учащимся предлагается подрисовать стрелку в том секторе (секторы циферблата – «Понял хорошо, могу объяснить другим», «Понял, но решение задач вызывает трудности», «Понятно не все, решение задач вызывает трудности», «Практически ничего не понял»), который, по их мнению,  более всего соответствует их уровню познания нового  материала.  (Данный метод может быть осуществлен либо при помощи интерактивной доски, или на листе ватмана.)

Домашнее задание  

§31.1, упр.31(1,3,5)