Конспект урока по физике 11 класс

Тема:  «Динамика свободных колебаний»

Класс: 11

Дата проведения: 15.10.18

Количество учащихся:

Тип урока: урок изучения нового материала.

Цели урока:

Образовательные:

1.      Добиться усвоения учащимися вывода уравнения движения пружинного и математического маятников и формул периода колебаний.

2.      Продолжить формирование понятия о гармоническом колебании.

3.      Познакомить учащихся с причинами и особенностями колебаний пружинного и математического маятников.

4.      Продолжить развивать умения сравнивать явления, выделять основное, применять законы механики к анализу колебательного движения.

5.      Сформировать умение решать задачи по данной теме.

Развивающие:

1.         Развивать мотивацию изучения физики, используя разнообразные приёмы.

Воспитательные:

1.         Используя опережающие задания, развивать умение работы с дополнительной литературой.

2.         Способствовать развитию умения самостоятельной работы с учебником.

Оборудование: учебник “Физика-11”, тестовые задания, слайды, нитяной и пружинный маятники.

План урока:

Этап урока	Цель	Время	Методы и приемы
Организационный момент	Положительный настрой на изучение темы	1 мин.	Рассказ
Мотивация и целеполагание	Сформулировать цели урока	2 мин	Рассказ. Записи в тетради.
Актуализация знаний	Проверить исходный уровень знаний.	7 мин	Фронтальная беседа. Решение задачи. Записи на доске и в тетради.
Изучение нового материала	Рассмотреть динамику свободных колебаний	15мин	Объяснение. Демонстрация эксперимента, слайдов. Самостоятельная работа с учебником. Аналогия, сравнение, моделирование.
Закрепление изученного материала	Научиться решать задачи по изученной теме	7 мин	Абстрагирование, моделирование. Запись на доске и в тетради
Первичная проверка усвоения материала	Проверить знания учащихся по теме	5 мин	Тестирование. Взаимоконтроль
Рефлексия		1 мин	Беседа
Домашняя работа		2 мин	Сообщение

Ход урока

1.      Организационный момент.

2.      Мотивация.

Рождённый пустыней,

Колеблется звук,

Колеблется синий на нитке паук.

Колеблется воздух,

Прозрачен и чист,

В сияющих звёздах колеблется лист. «Утро» Н.А. Заболоцкого

3.      Актуализация знаний.

Фронтальная опрос.

- 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.

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 от

4.                      Изучение нового материала.

Динамику колебаний рассмотрим на двух классических примерах – на примере колебаний тела, прикреплённого к пружине, и на примере колебаний груза, подвешенного на нити

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.

Пример 1. Математический маятник

1) Математический маятник – это материальная точка, подвешенная на невесомой и нерастяжимой нити, находящейся в поле тяжести Земли. Идеальный и реальный маятники.

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 примет вид:

ma = T+mg.

Перепишем уравнение в проекциях на ось ОХ. Имеем:

ma_x = -mg sin a.

sin a = x/l.

Разделив левую и правую части этого уравнения на m, получим

a_x = - gx/l

Причинами свободных колебаний математического маятника являются….

- действие на маятник силы натяжения нити 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.

Период свободных колебаний математического маятника:

Т = 2

Пример 2. Пружинный маятник

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

Уравнение движения пружинного маятника.

- запишем второй закон Ньютона в векторном виде и в проекциях на ось ОХ:

ma = F_(упр)

ma = -kx

a = -kx/m – это уравнение называют уравнением свободных колебаний пружинного маятника.

Формула периода свободных колебаний пружинного маятника

T = 2π√m/k

Работа в группах.

1 группа

Экспериментальное задание: Исследование зависимости периода колебаний маятника от длины нити.

Цель:

Порядок выполнения:

1. Измерить время t, за которое маятник совершает 10 колебаний и вычислить период колебаний Т маятника.

2. Увеличиваем длину маятника и измеряем период колебаний.

№ опыта	Длина нити, l, м	Число колебаний, n	Время колебаний, t, c	Период колебаний, T= t/n, с
1.
2.

Вывод: (чем длиннее нить маятника, тем больше период колебаний.)

2 группа

Экспериментальное задание: Исследование зависимости периода колебаний от массы груза.

Цель:

Порядок выполнения:

1. Измерить время t, за которое маятник совершает 10 колебаний и вычислить период колебаний Т маятника (для одного груза).

2. Вычислить период колебаний Т маятника для двух грузов.

№ опыта	Длина нити, l, м	Масса груза, m, кг	Число колебаний, n	Время колебаний, t, c	Период колебаний, T= t/n, с
1.
2.

Вывод: (период колебаний маятника не зависит от его массы.)

3 группа

Экспериментальное задание: Исследование зависимости колебаний маятника от амплитуды колебаний.

Порядок выполнения:

1. Измеряем периоды колебаний маятника при амплитуде колебаний 5 и 15 см

№ опыта	Амплитуда колебаний	Масса груза, m, кг	Число колебаний, n	Время колебаний, t, c	Период колебаний, T= t/n, с
1.
2.

Вывод: (период колебаний маятника не зависит от амплитуды колебаний.)

5.      Закрепление изученного материала.

Тестовое задание с взаимопроверкой. По количеству правильных ответов поставьте оценку соседу по парте.

1 вариант

2 вариант

1. Как изменится период колебаний математического маятника, если амплитуду его колебаний уменьшить в 2 раза? Трение отсутствует. 1)Уменьшится в 1,4 раза. 2) Увеличится в 1,4 раза. 3) Уменьшится в 2 раза. 4) Увеличится в 2 раза. 5) Не изменится. 2. Как изменится период колебаний математического маятника, если длину нити увеличить в 1,5 раза? Укажите число наиболее близкое к ответу. 1) Уменьшится в 1,2 раза. 2) Увеличится в 1,2 раза. 3) Уменьшится в 1,4 раза. 4) Увеличится в 1,4 раза. 5) Уменьшится в 1,5 раза. 6) Увеличится в 1,5 раза. 3. Груз, прикреплённый к пружине, совершает гармонические колебания в горизонтальной плоскости. Как изменится период колебаний, если массу груза и жёсткость пружины увеличить в 2 раза? 1) Уменьшится в 4 раза. 2) Увеличится в 4 раза. 3) Уменьшится в 2 раза. 4) Увеличится в 2 раза. 5) Не изменится. 4. При гармонических колебаниях пружинного маятника груз проходит путь от правого крайнего положения до положения равновесия за 0,7 с. Каков период колебаний маятника? 1) 0,7 с. 2) 1,4 с. 3) 2,1 с. 4) 2,8 с. 5) 3,5 с. 5. При гармонических колебаниях пружинного маятника с периодом 1с и амплитудой 12 см тело достигло минимальной скорости. Чему равна в этот момент координата тела? 1) Только 0 см. 2) Только 12 см. 3) Только - 12 см. 4) 12 см или –12 см. 5) Среди ответов 1-4 нет правильного ответа.

1. Пружинный маятник совершает гармонические колебания с амплитудой 20 см. Как изменится период колебаний этого маятника при уменьшении амплитуды колебаний до 10 см? Трение отсутствует. 1) Увеличится в 2 раза. 2) Уменьшится в 2 раза. 3) Немного увеличится. 4) Немного уменьшится. 5) Не изменится. 2. Груз, прикреплённый к пружине, совершает гармонические колебания в горизонтальной плоскости. Как изменится период колебаний груза, если жёсткость пружины увеличить в 2 раза? 1) Уменьшится в 2 раза. 2) Увеличится в 2 раза. 3) Уменьшится в 1,4 раза. 4) Увеличится в 1,4 раза. 5) Не изменится. 3. Груз, прикреплённый к пружине, совершает гармонические колебания в горизонтальной плоскости. Как изменится период колебаний груза, если его массу и жёсткость пружины уменьшить в 2 раза? 1) Уменьшится в 4 раза. 2) Увеличится в 4 раза. 3) Уменьшится в 2 раза. 4) Увеличится в 2 раза. 5) Не изменится. 4. При гармонических колебаниях математического маятника груз проходит путь от правого крайнего положения до положения равновесия за 0,5 с. Каков период колебаний маятника? 1) 0,5 с. 2) 1,0 с. 3) 1,5 с. 4) 2,0 с. 5) Среди ответов 1-4 нет правильного ответа. 5. Груз, прикреплённый к невесомой и нерастяжимой нити, совершает гармонические колебания в вертикальной плоскости с периодом 1,5 с и амплитудой 15 см. Чему равна координата груза в момент, когда он достигает минимальной скорости? 1) Только 0 см. 2) Только15 см. 3) Только –15 см. 4) 15 см или –15 см.

6.      Рефлексия.

7.      Домашнее задание.

§§ 18-20