Лабораторная работа "Период колебаний математического маятника"
план-конспект урока по физике (10 класс) на тему

Тема урока: Лабораторная работа «Определение периода колебаний нитяного маятника».

Вид урока: лабораторное занятие

Цель урока: проведение лабораторной работы с использованием модели нитяного математического маятника

Цель работы: определить зависимость периода колебаний нитяного маятника от его длины.

Задачи урока:

Обобщить материал тем: механические колебания, период колебаний; Повторить основные понятия, формулы и законы и закрепить основные умения по данным темам. 

Учащиеся должны знать:

Понятия:

свободные колебания, амплитуда, период, частота. 

Учащиеся должны уметь:

измерять период колебаний с помощью маятника, рассчитывать его. 

Дидактическая структура урока.

Организационный момент:

цели урока техника безопасности инструкции по выполнению лабораторной работы 

Оборудование, используемое на уроке: лабораторные штативы с муфтами, лапками и кольцами, нитки, линейки, измерительные ленты, секундомеры.

Урок начинается с оргмомента.

А Вы умеете качаться на качелях? И Вы сможете сами сильно раскачаться? Глупые вопросы? Не очень! Оказывается, не все так просто. А Вы знаете, что качели умеют смеяться (в прямом смысле этого слова)? Не знаете? Не слышали?

Вы заметили, как люди обычно начинают раскачивания на качелях? Маленькие дети садятся на сиденье и терпеливо ждут, когда качели сами начнут раскачиваться, или громко зовут маму … 

Они еще не знают, что такое физика!

Дети старше и опытней садятся на качели, затем в зависимости от того, на сколько позволяет длина ног, достающих до земли, отступают ими как можно дальше назад (т. е. отклоняют качели от положения равновесия), и только затем поднимают ноги в воздух желая раскачаться сильнее, они начинают невпопад «брыкаться» на качелях, и иногда из этого кое-что получается … 

Но, скорее всего, они еще тоже не в курсе физических законов!

С годами приходит умение. Удобно устроившись на качелях, сидя или стоя, повзрослевшие «детки» начинают раскачивания и практически из неподвижного начального положения добиваются сильнейших размахов качелей. Они как-то незаметно и вовремя покачиваются, приседают, выгибаются, делая это совершенно интуитивно. 

Вот мы и добрались до возраста, когда детки уже многое знают о физике, маятниках и колебаниях, но совершенно тщетно просить их объяснить свои движения! Для этого надо сначала «подумать»! 

А может быть, подумаем вместе?

Показываю опыт: На столе установлены два штатива с подвешенными на нитях шариками одинаковой массы. Я начинаю их раскачивать и спрашиваю у детей… Что мы наблюдаем?

Дети отвечают…

Затем объясняются цели и задачи урока. Но, перед тем как приступить к основной части урока, проводится актуализация знаний учащихся. Предлагается ребятам ответить на следующие вопросы:

Учитель: Какая колебательная система называется «математическим маятником»?

Ученик: Математический маятник – это колебательная система, состоящая из абсолютно упругой, невесомой нити, на которой находится материальная точка.

Учитель: Для данного случая, в чём физический смысл понятия «материальная точка»?

Ученик: Это физическое тело, размеры которого стремятся к нулю, при этом масса этого тела может стремиться к бесконечности.

Учитель: Какая физическая величина называется «периодом колебания»?

Ученик: Период колебания – это физическая величина, показывающая время одного колебания. Обозначение – Т, единица этой величины – секунда (с).

Учитель: Какая физическая величина называется «частотой колебания»?

Ученик: Частота колебания – это физическая величина, выражающая число колебаний в единицу времени. Обозначение – v, единица этой величины – герц (Гц).

Учитель: Какая физическая величина называется «амплитудой колебания»?

Ученик: Амплитуда колебания – это физическая величина, показывающая максимальное отклонение тела (груза) от положения равновесия. Обозначение – А, единица этой величины – метр (м).

Учитель: Целью нашего урока сегодня является установка зависимости периода колебания нитяного маятника от таких физических величин как масса груза, амплитуда колебания, длина нити. Мы должны провести эксперимент, по результатам которого можно будет ответить на данный вопрос: зависит или не зависит период колебания маятников от данной физической величины. А можем ли мы по результатам эксперимента сразу ответить на вопрос: как зависит период колебания от данной величины? Для этого нам необходимо построить график этой зависимости. Сегодня мы работаем по парам. Если нет вопросов ко мне, то приступаем к работе, которую выполняем в тетрадях для лабораторных работ.

Порядок выполнения работы:

1. Укрепить нить маятника в держателе штатива.
2. Измерить длину маятника (длина маятника считается от точки подвеса до центра тяжести шарика).
3. Отклонить шарик на угол не более 10° и отпустить.
4. Определить время, за которое маятник совершил 30 колебаний.
5. Вычислить период колебания маятника, используя формулу Т= t/N.
6.         Повторить опыт еще три раза, уменьшая (или увеличивая) длину нити маятника.
7. Данные всех опытов и результаты расчетов внести в таблицу.

1. Проанализировать результаты опытов и сделать вывод о зависимости периода нитяного маятника от длины его нити.



Контрольные вопросы

1. Что называют периодом колебаний маятника?

2. Что называют частотой колебаний маятника? Какова единица частоты колебаний?

3. От каких величин и как зависит период колебаний математического маятника?

4. От каких величин и как зависит период колебаний пружинного маятника?

5. Какие колебания называют собственными?

Учитель: Мы ознакомились с результатами работы всех групп. Какие выводы можно уже сейчас сделать? Начнём с математического маятника.

Ученик: Период колебания математического маятника зависит от длины нити: с увеличением длины нити период колебания уменьшается, но не зависит от амплитуды колебания и массы груза.