Урок- исследование по физике на тему:"Исследование колебаний математического маятника"

«Исследование периода колебаний математического маятника»

Цель урока: изучить зависимость периода колебаний маятника от различных параметров

Задачи урока:

·         Дидактические - создать условия для проведения физического эксперимента с последующей обработкой результатов, используя информационные технологии.

·         Образовательные - углубить знания по теме механические колебания

·         Развивающие - развивать аналитический способ оценки результатов, умение давать оценку полученным результатам.

·         Воспитательные - продолжить работу по формированию у учащихся положительных мотивов учения, культуры умственного труда, способствовать формированию навыка работать самостоятельно, учить вырабатывать приемы внутренней саморегуляции.

Тип урока: Урок-исследование

Оборудование: Измерительная система L -микро, математический маятник, источник тока, компьютер, мультимедийный проектор, слайдовая презентация.

План урока

Организационный момент.

Повторение теоретических основ механических колебаний

А) определение механических колебаний и их виды

Б) физические величины, описывающие колебания

В) колебательные системы

Г) математический маятник

Подготовка к выполнению исследования.

А) Актуализация знаний.

Б) Постановка целей и задач.

В) Обсуждение условий проведения эксперимента.

Проведение физического эксперимента

А) зависимость периода колебаний от угла отклонения маятника

Б) проверка справедливости формулы периода математического маятника

В) зависимость периода колебаний от массы тела

Г) зависимость периода колебаний от длины нити

Д) определение ускорения свободного падения графическим способом

Анализ результатов эксперимента и их оформление.

Подведение итогов урока.

Ход урока

Организационный момент:

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 прошлых уроках мы уже познакомились с механическими колебаниями и их характеристиками. А сегодня наша задача - исследовать колебания математического маятника.

Повторение теоретических основ механических колебаний

А) определение механических колебаний и их виды

Б) физические величины, описывающие колебания

В) колебательные системы

 Г) математический маятник

Подготовка к выполнению физического эксперимента.

А) Актуализация знаний.

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.

В сентябре1985 года в Мехико произошло землятресение. Оно было очень разрушительным. Как установили эксперты, возникшие во время землятресения колебания, случайно совпали с собственными колебаниями почвы под зданиями, а также с собственными колебаниями самих зданий. Длительность землятресения привела к развитию резонансных явлений, которые и привели к разрушению зданий. Главной причиной разрушений в большинстве случаев была частота собственных колебаний зданий. Отсюда практический вывод: при строительстве в сейсмической зоне новых зданий следует неуклонно следить за тем, чтобы собственные колебания зданий не совпадали с собственными колебаниями грунта, - таким путем удастся значительно смягчить резонансный эффект. А для того, чтобы это уметь учитывать, нужно знать, от чего зависит частота и период колебаний.

Б) Постановка целей и задач.

Давайте выясним эту зависимость с помощью одной из колебательных систем - математического маятника. Итак, наша задача сегодня, выяснить, от чего зависит период колебаний математического маятника, и углубить знания по теме механические колебания.

Для того чтобы начать исследования, давайте сделаем предположения, выдвинем гипотезы отчего может зависеть период колебаний математического маятника.

Учащиеся выдвигают гипотезы:.

В) Обсуждение условий проведения эксперимента.

Проводить сегодняшнее исследования мы будем с измерительной системой L- микро, которая позволит нам обрабатывать результаты с помощью компьютера. А так же мы используем математический маятник, пусковое устройство, оптоэлектрический датчик, источник тока и транспортир.

Итак, мы начинаем исследования, которые вы будете оформлять на специальных бланках.

Слова-напутствия:

Австрийский физик П.Эренфест, выступая перед молодыми исследователями, сказал: "Ради бога, не бойтесь говорить глупости! Лучше 99 раз сказать ерунду, чтобы один раз что-нибудь выскочило!"

Проведение физического эксперимента

А) зависимость периода колебаний от угла отклонения маятника

Подвесим маятник к электромагниту стартового устройства, так, чтобы начальное отклонения маятника составило 60⁰, и произведем запуск. Интервалы времени на экране соответствуют половине периода колебаний. Для определения периода колебаний вычислите сумму четырех полупериодов и разделите полученное значение пополам. Запишите данные в таблицу.

Проведем ряд запусков с другими углами отклонения: 45⁰, 30⁰, 15⁰, 10⁰, 5⁰. Результаты внесите в таблицу и проанализируйте полученные результаты. Заметим, что, начиная с некоторого угла отклонения, период становится практически независящим от амплитуды или угла отклонения.

Б) проверка справедливости формулы периода математического маятника

Именно для периода таких колебаний, называемых малыми, справедлива формула периода математического маятника Т = 2? v?/g.Запишите полученный вывод в свой бланк и проверьте справедливость данной формулы.

В) зависимость периода колебаний от массы тела

Проверим следующую гипотезу, то есть зависимость периода от массы тела. Делаем вывод.

Г) зависимость периода колебаний от длины нити

Изучение зависимости периода от длины нити, будем проводить, ограничивая угол отклонения маятника малыми колебаниями. Проводим измерения периода колебаний и записываем с клавиатуры компьютера значение длины нити подвеса. Аналогично проводим эксперимент , меняя длину нити три раза. По результатам опытов строим график зависимости периода колебаний от длины нити. Зависит ли период колебаний маятника от длины нити? Что происходило с периодом при изменении длины нити? Сделайте вывод о характере зависимости периода колебаний от длины нити.

Д) определение ускорения свободного падения графическим способом

А сейчас мы построим график зависимости периода колебаний от корня квадратного из длины. Данная зависимость является линейной, а ее угловой коэффициент равен 2? /vg Таким образом, мы можем использовать данный график для определения ускорения свободного падения. Рассчитайте ускорение свободного падания на основе графикаТ = Т (v?) .

Обработка результатов эксперимента и их оформление.

Домашнее задание.

Ранее мы уже вычисляли ускорение свободного падания с помощью математического маятника. Но мы использовали совсем разные технологии. В первом способе были многократные измерения и расчет средних значений периода колебаний, сегодня же мы использовали метод вычисления ускорения на основе графика зависимости периода от длины, используя компьютерное моделирование.

Каковы преимущества и недостатки каждого метода? Проанализировать два способа измерения ускорения свободного падения с помощью математического маятника и сделать вывод о том, какой из способов является наиболее точным.

ИТОГ: Сегодня на уроке мы провели исследования периода колебаний математического маятника от длины нити, массы и амплитуды колебаний. Может быть, некоторым данный урок помог лучше разобраться в теме, кто-то лучше усвоил пройденный материал.

А в заключении я хочу сказать, что физик видит то, что видят все: предметы, явления, он, так же как и все восхищается красотой мира, но за этой красотой ему открывается еще одна: красота закономерностей в бесконечном разнообразии вещей и событий.

Бланк отчета.

Тема: Исследование колебаний математического маятника

Цель: изучить зависимость периода колебаний математического маятника от различных параметров.

Оборудование: измерительная система L-микро, компьютер, математический маятник, пусковое устройство, оптоэлектрический датчик, источник тока, транспортир, измерительная лента.

Обработка результатов эксперимента:

1. Зависимость периода колебаний маятника от угла отклонения:

Вывод:

2. Проверка справедливости формулы периода колебаний математического маятника.

Запишите формулу периода колебаний математического маятника:

L=

T=

Вывод:

3.Зависимость периода колебаний математического маятника от массы груза.

Т₁=

Т₂=

Вывод:

4. Зависимость периода колебаний математического маятника от длины нити.

Вывод:

Определение ускорения свободного падения с помощью графика:

Фамилия учащегося_______________________.