План-конспект открытого комбинированного урока по физике в 9 классе. Тема урока "Динамика свободных колебаний».
план-конспект урока по физике (9 класс) на тему

План-конспект открытого комбинированного  урока по физике

в 9 классе

 Тема урока "Динамика свободных колебаний».

На уроке присутствовали:

Тип урока: комбинированный урок комбинированный урок  объяснения нового материала с элементами взаимоконтроля и работы в группе.

Цели урока: - Продемонстрировать  методику урока, в рамках проведения школьного семинара «Современные педагогические технологии как условия формирования социальной и коммуникативной компетенций».

Цель урока: - Ознакомление  педагогов  с  методикой  применения современных технологий в обучении физики в рамках недели «Точных наук».

Задачи урока: 

Образовательные:

1. Проанализировать причины и основные закономерности свободных колебаний (конкретно – математического и пружинного маятника);
2. Продолжить формирование понятия о гармонических колебаниях;
3. Добиться усвоения учащимися вывода уравнения движения пружинного и математического   маятников и формул периода колебаний;
4. Отработать полученные знания на примерах решения задач;
5. Отработать различные приемы с учебной и дополнительной литературой;
6. Дать  мотивацию на изучение  следующей темы.

Развивающие:

1. Развивать мотивацию изучения физики, используя разнообразные приемы;
2. Продолжить развивать умения сравнивать явления,
3. Продолжить развивать умения выделять основное,
4. Продолжить развивать умения применять законы механики к анализу колебательного движения,
5. Продолжить развивать умения делать выводы;

Воспитательные:

1. Отработать коммуникативные навыки, умение работать в группе;
2. Развивать  мотивации социального поведения,
3. Отстаивать собственную точку зрения, опираясь на исторические источники и собственные знания.

Оборудование:  учебник “Физика-9 класса”  под редакцией Е.М.Гутника,  А.В.Перышкина, раздаточный материал с тестовым заданием,  компьютер, проектор, экран, нитяной и пружинный маятники, СД-диск со слайдами по данной теме.

План урока:

ХОД УРОКА

1. Организационный момент.

В начале урока необходимо оптимально рассадить детей, дать инструкцию по проведению урока.

Учитель: Здравствуйте, ребята и уважаемые гости! Я рада приветствовать вас на уроке физики. Физики, которую любят многие, и на уроке, которого ждут с нетерпением.

2. Мотивация и целеполагание.

Учитель: Всюду в нашей жизни мы встречаемся с колебательными движениями: периодически движутся участки сердца и легких, колеблются ветви деревьев при порыве ветра, ноги и руки при ходьбе, колеблются струны гитар, колеблется спортсмен на батуте и школьник, пытающийся подтянуться на перекладине, пульсируют звезды (будто дышат), а возможно и вся Вселенная, колеблются атомы в узлах кристаллической решетки… Остановимся! На прошлом уроке мы познакомились с кинематическими характеристиками колебаний. Тема сегодняшнего занятия “Динамика свободных колебаний”. Запишем ее в тетрадь. Ученый Л.И. Мандельштам говорил, что если посмотреть историю физики, то можно увидеть, что главные открытия были связаны по существу с колебаниями. И нам тоже сегодня предстоят открытия. (Слайд 1 с эпиграфом) (Слайд 2 с целью урока) Цель нашего урока – проанализировать причины и основные закономерности свободных колебаний.

3. Актуализация знаний.

Для достижения цели урока нам необходимо вспомнить материал прошлого занятия.

Фронтальная беседа.

- Что такое механические колебания?

- Какие колебания называют свободными?

- Какие условия необходимы для возникновения свободных колебаний?

- Какие колебания называются гармоническими?

- Перечислите основные кинематические характеристики колебательного движения.

Вставка слайда к понятию амплитуда (слайд 3): амплитуда колебаний вершины Останкинской башни в Москве (высота 540 м) при сильном ветре около 2,5 м.

- По графику определить основные кинематические характеристики колебательного движения, давая им определения. Получить уравнение зависимости х (t).  (Слайд 4 с графиком). Учащиеся в тетрадях выполняют работу, один у доски, одновременно даются определения величинам.

4. Изучение нового материала.

Динамику колебаний рассмотрим на двух классических примерах – на примере колебаний тела, прикрепленного к пружине, и на примере колебаний груза, подвешенного на нити (Слайд 4).

Анализ этих примеров мы будем проводить по общему плану:

1) определение колебательной системы;

2) формулировка упрощающих предположений;

3) составление уравнения движения;

4) выяснение причин колебаний

5) определение периода колебания.

План должен быть написан на доске.

Пример 1. Математический маятник (Слайд 5).

 Математический маятник – это материальная точка, подвешенная на невесомой и нерастяжимой нити, находящейся в поле тяжести Земли. Математический маятник это идеальная модель,  в реальной жизни  таких маятников не существует маятники. Т.к. всегда будут оказывать свое действие силы трения и сопротивления, силы растяжения подвеса. Практически колебания, близкие к гармоническим, совершает тяжелый шарик (например, стальной), подвешенный на легкой и малорастяжимой нити, длина которой значительно больше диаметра шарика, при малой амплитуде и малом трении.

Демонстрация колебаний стального шарика.

При совершении телом гармонических колебаний не только его координата, но и такие величины, как сила, ускорение, скорость, тоже изменяется по закону синуса или конуса.  Такие движения, как вы уже знаете, называются гармоническими.

 Прежде, чем приступить к выводу уравнения движения математического маятника, примем два упрощающих условия:

- силы трения должны быть малы, и потому их можно не учитывать;

- будем рассматривать лишь малые колебания маятника с небольшим углом размаха.

 На слайде рисунок

По второму закону Ньютона произведение массы тела на его ускорение равно сумме всех сил приложенных к телу. Этих сил в данном случае две: сила натяжения нити и сила тяжести. Поэтому уравнение движения маятника принимает вид:

ma=T+mg,

Перепишем уравнение в проекциях на ось ОХ. Имеем:  

Таким образом:     max = - mg/Ix. Отсюда

mgx =-mgxsinα=x/l        

a =.

 Для установления причин свободных колебаний математического маятника рассмотрим процесс колебания более подробно (Cлайд 6).

Причинами свободных колебаний математического маятника являются:

- действие на маятник силы натяжения и силы тяжести, препятствующей его смещению из положения равновесия и заставляющей его снова опускаться;

- инертность маятника, благодаря которой он, сохраняя свою скорость, не останавливается в положении равновесия, а продолжает движение.

 Для нахождения периода свободных колебаний математического маятника воспользуемся формулой: Т=2π/ω

Эта формула содержит циклическую частоту   ω, которая измеряется в 1/с и должна выражаться через те характеристики пружинного маятника, которые входят в его уравнение движения. В этом уравнении в качестве коэффициента перед координатой х стоит отношение g/i. В каких единицах измеряется это соотношение?  (м/с2/м=1/с2 1/с2= (1/с)2).

Таким образом  К/m=ω2  и   ω=

Подставляя в формулу для периода, получаем: Т=2 π

Применение – точное определение g- аномалии – залежи руды.

Устали? Тогда я предлагаю отвлечься на небольшую историческую паузу.

 Выступление учащегося, который должен заранее подготовить сообщение  (слайд 7).

Галилео Галилей – великий итальянский ученый – один из создателей точного естествознания, всю свою жизнь посвятил физике и астрономии, сделав ряд важных открытий. Родился в городе Пизе, известном своей наклонной башней. Учился сначала в монастырской школе, а затем в университете. Уже в студенческие годы Галилей увлекся изучением колебаний. Он обнаружил, что колебания маятника не зависят от его массы, а определяются длиной подвеса. Сохранилось предание о том, как молодой студент медицинского факультета Галилео Галилей в одно из воскресений 1583 года с интересом следил за качаниями зажженных лампад в церкви. По ударам пульса он определил время, необходимое для полного размаха лампад. С этого времени медицину пришлось ему оставить и сосредоточиться на физике.

Пример 2. Пружинный маятник (Слайд 8).

 Колебательная система в этом случае представляет собой совокупность некоторого тела и прикрепленной к нему пружины. Вертикальный и горизонтальный маятники.

Демонстрация колебаний пружинного маятника.

 Попробуем вместе по аналогии с математическим маятником принять упрощающие предположения. Анализ свободных колебаний, совершаемых пружинным маятником, значительно упрощается, если:

-силы трения, действующие на тело, пренебрежимо малы и, поэтому их можно не учитывать;

- деформации пружины в процессе колебаний тела невелики, так что можно их считать упругими и пользоваться законом Гука.

 Предлагаю получить уравнение свободных колебаний учащегося. Получим уравнение движения пружинного маятника.

- запишем 2 закон Ньютона в векторном виде и в проекциях на ось ОХ. ma=F(упр) ; 

ma= -kx;

a= -k/mx.

Это уравнение называют уравнением свободных колебаний пружинного маятника.

 Для установления причин свободных колебаний пружинного маятника рассмотрим процесс колебания более подробно.

Самостоятельная работа учащихся  с учебной литературой.

Задание классу: прочитать: § 25. Учащиеся делают выводы из прочитанного.

Оптимально применить на этом этапе урока физминутку.

Учитель: Таким образом, колебания пружинного маятника имеют следующие причины:

-действие на тело силы упругости, пропорциональной смещению тела от положения равновесия и направленной к этому положению;

-инертность колеблющегося тела, благодаря которой оно не останавливается в положении равновесия, а продолжает двигаться в прежнем направлении.

 Для нахождения периода свободных колебаний пружинного маятника воспользуемся формулой: Т=2π/ω 

Эта формула содержит циклическую частоту ω, которая измеряется в 1/с и должна выражаться через те характеристики пружинного маятника, которые входят в его уравнение движения. В этом уравнении в качестве коэффициента перед координатой х стоит отношение k\m. В каких единицах измеряется это соотношение?

Жесткость измеряется в Н/м, а 1Н-это 1кг· м/с2.

Поэтому для наименований отношения k\m получаем: Н/м/кг= кг ·м/ с2· м· кг = 1/с2= (1/с)2. 

Таким образом:  К/m=ω2  и   ω=

Подставляя в формулу для периода, получаем:  Т=2π/ω

Полученное выражение позволяет найти массу тела, если известны период и жесткость. Такой способ определения массы может быть использован в состоянии невесомости, когда обычные весы непригодны. Если сравнить это уравнение с уравнением колебаний математического маятника, то между ними можно заметить много общего: и в том и в другом случае проекция ускорения тела пропорциональна координате тела, взятой с противоположным знаком.

Отвлечемся еще на одну историческую паузу

Выступление учащегося   (слайд 9).

Христиан Гюйгенс – голландский физик, математик, механик и астроном. Родился в Гааге. Обучался в Лейденском университете юридическим наукам, но не прекращал занятия математикой. Опираясь на исследования Галилея, он решил ряд задач механики. В 1656 году в возрасте 27 лет им были сконструированы первые маятниковые часы со спусковым механизмом. Создание часов, измеряющих время с невиданной для той поры точностью, имело далеко идущие последствия для развития физического эксперимента и практической деятельности человека. До этого ведь время измеряли по истечению воды, горению факела или свечи. Созданная Гюйгенсом к 1673 году теория колебаний явилась одним из оснований для понимания потом природы света.

Учитель: Я тоже приведу вам исторический пример. В 1908г. В Петербурге сильно раскачался и в результате этого обрушился так называемый Египетский мост через реку Фонтанку, когда по нему проходил маршевым шагом (т.е. «в ногу») кавалерийский эскадрон. Почему  так случилось и что явилось причиной, можно ли было этого избежать, мы с вами узнаем на следующем уроке. Я предлагаю и вам подумать дома над этим вопросом, посоветоваться с родителями.

5. Закрепление изученного материала

Учитель: Вернемся к теме нашего урока,  воспользуемся полученными знаниями для решения задач.

Учащиеся делятся на три группы и решают задачи:

1 группа №№ 491,493.

2 группа №№ 492,494.

3 группа №№ 497,502.

 Решение задач проверяется в группе.

Желающие выходят к доске и записывают решение.

Учитель: Вы успешно решили задачи, а теперь составьте по результатам этих задач сравнительные таблицы.  Какие бы характеристики колебаний математического и пружинного маятников вы бы сравнили? Какие бы выводы сделали из своей таблицы?

6. Первичная проверка усвоения материала.

Тестовое задание с взаимопроверкой. Выполняется на отдельных листках.

 Варианты правильных ответов на слайде 10. По количеству правильных ответов поставьте оценку соседу по парте.

Тестовые работы выполняются на отдельных листках, после выполнения сдаются учителю. На этих же листках стоят оценки, которые поставили ребята, проверяющие работы друг у друга.

7. Итоги урока -  

Учитель: Ребята, мы сегодня проанализировали причины и основные закономерности свободных колебаний  у  математического и пружинного маятника, вывели уравнения движения для них, определили  понятие о гармонических колебаниях. Научились решать задачи по данной теме. Подведем итоги урока.

Выставление оценок за работу на уроке.

Физик видит то, что видят все: предметы и явления. Он, так же как все восхищается красотой и величием мира, но за этой, всем доступной красотой, ему открывается еще одна: красота закономерностей в бесконечном разнообразии вещей и событий. Физику доступна редкая радость – понимать Природу и даже беседовать с ней. Вспомним Ф.И.Тютчева.

Не то, что мните вы, природа:

Не слепок, не бездушный лик.

В ней есть душа, в ней есть свобода,

В ней есть любовь, в ней есть язык…

Язык Природы – это язык предметов и явлений, и “беседовать” с Природой можно только на этом языке.

8. Домашнее задание: §§ 25-28,№№ 951,952 (автор А.П., П.А.Рымкевич).

Инструкция по выполнению домашнего задания.

9. Рефлексия.

- Что заинтересовало вас сегодня на уроке более всего?

- Как вы усвоили пройденный материал?

- Какие были трудности? Удалось ли их преодолеть?

- Помог ли сегодняшний урок лучше разобраться в вопросах темы?

- Пригодятся ли вам знания, полученные сегодня на уроке?

Используемая литература:

• учебник «Физика – 9 класс» А.В.Перышкин, Е.М.Гутник;
• Сборник заданий и самостоятельных работ «Физика - 10» Л.А.Кирик, Ю.И.Дик;
• Сборник задач по физике А.П.Рымкевич, П.А.Рымкевич;
• http://mechanics.h1.ru/ - Механика. 9 класс. Кинематика, Динамика, Законы сохранения, Мехнические колебания и волны, Вопросы к экзамену.