Коливальний рух. Амплітуда коливань. Період і частота коливань. Маятники

Тема. Коливальний рух. Амплітуда коливань. Період і частота коливань. Маятники

Мета:

навчальна: розглянути коливальний рух як приклад криволінійного руху; навчити відрізняти коливальний рух від інших видів руху; з`ясувати, що таке «маятник», які види маятників існують та яка поміж ними різниця; вивчити основні характеристики коливального руху – період і частоту коливання, та як їх знаходити на практиці; вивести експериментальним шляхом формулу для періоду коливань математичного маятника;

розвивальна: продовжувати формувати в учнів уміння спостерігати фізичні явища, користуватися приладами, самостійно визначати мету діяльності, організовувати навчальну діяльність у взаємодії, працювати самостійно з підручником, порівнювати, встановлювати зв`язки між новими та засвоєними знаннями, застосовувати аналогію як засіб засвоєння нового; розвивати інтелектуальні та творчі здібності, мислення, увагу, пам`ять, робити висновки, аналізувати;

виховна: виховувати пізнавальний інтерес, такі якості, як вміння співпрацювати з іншими учнями, комунікативність та розвивати грамотну мовну культуру.

Тип уроку: засвоєння нових знань.

Обладнання: математичний маятник, фізичні та пружинні маятники, метроном,  комп`ютер, мультимедійна дошка, проектор, мультимедійна презентація, нитки різної довжини, секундомір, підручники з фізики, відео фрагмент «Руйнування моста».

Демонстрування: коливальний рух фізичного тіла навколо осі обертання; обертання математичного маятника; коливання тягарця на пружині.

Хід уроку

І. Організаційний момент

Емоційна підготовка учнів до роботи на уроці.

Сіли ми усі рівненько,

Усміхнулися гарненько,

Настрій на урок взяли

Працювати почали …

•          Французький письменник ХІХ століття Анатоль Франс одного разу зауважив: «Вчитися можна тільки весело … Щоб перетравлювати знання, треба поглинати їх з апетитом».

 Так ось, давайте сьогодні на уроці будемо слухати пораду цього письменника, будемо активними, уважними, будемо поглинати знання з великим бажанням, адже вони стануть вам у нагоді у вашому подальшому навчанні.

ІІ. Актуалізація опорних знань

На минулому уроці ми з вами вивчили ще один вид механічного руху – обертальний. Зараз перевіримо як ви засвоїли матеріал за допомогою гри «Колесо фортуни».

1. Який рух називають рівномірним рухом по колу?
2. Який рух вважають періодичним?
3. Чому рівномірний рух по колу є періодичним?
4. Які фізичні величини характеризують обертальний рух?
5. Дайте означення періоду обертання?
6. Якою літерою позначаємо період обертання і які одиниці вимірювання періоду в системі СІ?
7. Як визначити період обертання?
8. Дайте означення обертової частоти?
9. Одиниці вимірювання обертової частоти в системі СІ.
10.  Формула за якою можна визначити обертову частоту.

ІІІ. Мотивація навчальної діяльності

Діти, чи знаєте ви про те, що 7 листопада 1940 року в місті Такома штат Вашингтон в США зруйнувався міст, який ввели в експлуатацію 1 липня 1940 року?

Давайте подивимось відео. (Відео «Руйнування моста»). 

Чому це сталося? Тому що міст коливався! Ось як вчені описують процес руйнування.

Обрив підвісок центрального прольоту спричинив провисання бічних прольотів і нахил пілонів. Сильні вертикальні і крутильні коливання мосту стали наслідком надмірної гнучкості конструкції і відносно малої здатності моста поглинати динамічні сили… Міст був запроектований і правильно розрахований на дію статичних навантажень, в тому числі і вітрової, але аеродинамічну дію навантаження не було враховано. Крутильні коливання виникли в результаті дії вітру на проїжджу частину близько горизонтальної осі, паралельної поздовжній осі моста. Крутильні коливання посилювалися вертикальними коливаннями тросів. Опускання троса з одного боку моста і підняття його з іншого викликали нахил проїжджої частини і породили крутильні коливання.

Отже тема нашого уроку «Коливальний рух. Амплітуда коливань. Період коливань. Маятники.»

IV. Вивчення нового матеріалу

Сьогодні ми будемо вести розмову про один з найпоширеніших видів руху в природі і техніці – коливальний рух. І розпочати вивчення нової теми хочу уривком з вірша Миколи Заболоцького «Ранок»:

Народжений пустелею,
Коливається звук,
Коливається синій
На нитці павук.
Коливається повітря,
Прозоре та чисте,
В сяючих зорях
Коливається листя.

Про який вид руху ви дізналися з цього уривку? (Коливальний)

 Коливальний рух - один з найпоширеніших рухів в природі та техніці. Коливаються дерева під дією вітру, поршні у двигуні автомобіля, ми можемо розмовляти і чути звуки завдяки коливанням голосових зв'язок, повітря і барабанних перетинок, коливається серце. Все це приклади механічних коливань. Світло - це також коливання, але електромагнітні. За допомогою електрохвиль здійснюється радіозв'язок, передача телевізійних сигналів з передавальних пристроїв на антену, сотовий зв'язок. Всі ці дуже цікаві види коливань ми будемо розглядати в подальшому. В техніці надзвичайно важливо вивчати вібрації різних споруд, працюючих машин, станків тощо. Існують вібрації і в рухомому транспорті. Така наука як охорона праці вивчає припустимі рівні впливу різноманітних коливань на організм людини. А деякі види коливань використовують для лікування.

Епіграфом нашого уроку будуть слова англійського фізика Річарда Бішопа:

«СВІТ, В ЯКОМУ МИ ЖИВЕМО, ДИВОВИЖНО СХИЛЬНИЙ ДО КОЛИВАНЬ».

Отож, розпочнемо наше знайомство з коливальним рухом.

Яка особливість цього виду руху?(Цей рух повторюється через певний інтервал часу)

Коливаннями  називають фізичні процеси, які точно або приблизно повторюються через однакові проміжки часу.

Найпростіше досліджувати коливальні рухи за допомогою маятників.

Маятник – це тверде тіло, яке здійснює коливання внаслідок притягання до Землі або внаслідок дії пружини.

Які ж бувають маятники?

Маятники, в яких тіло коливається завдяки дії пружини, називають пружинними маятниками.

Маятники, які коливаються завдяки притяганню до Землі, називають фізичними маятниками.

Математичний маятник -  це фізична модель, яка являє собою матеріальну точку, що підвішена на невагомій і нерозтяжній нитці та здійснює коливання під дією сили тяжіння.

Маятник Фуко може продемонструвати добове обертання Землі. Вперше публічна демонстрація такого маятника здійснена французьким фізиком і астрономом Жаном Фуко в 1851 році в паризькому Пантеоні: під куполом Пантеону він підвісив металеву кулю масою 28 кг із закріпленим на ньому вістрям на сталевому дроті довжиною 67 м. Кріплення маятника давало йому змогу вільно коливатися у всіх напрямах, під точкою кріплення на підлозі було зроблено кругове огородження діаметром 6 м, по краю огорожі була насипана піщана доріжка таким чином, щоб маятник в своєму русі міг при її перетині прокреслювати на піску позначки. Щоб уникнути бічного поштовху при пуску маятника, його відвели вбік і прив’язали мотузкою, після чого мотузку перепалили.

При кожному коливанні відхилення маятника від попереднього перетину доріжки з піску становило 3 мм. Площина коливань маятника залишається незмінною, а земна поверхня повільно повертається.

Де можна побачити маятник Фуко

Зараз в Україні діють 8 маятників Фуко.

• 24 лютого 2011 р. маятник Фуко з’явився у Науково-технічній бібліотеці Національного технічного університету Україні «Київському політехнічному інституті» (Київ). Куля з бронзи важить 43 кг, а довжина нитки становить 22 м. Київський маятник Фуко є одним з найбільших у Європі.

• 18 вересня 2013 р. у фойє головного корпусу Ужгородського національного університету відбулося урочисте відкриття маятника Фуко з латунною кулею вагою 45 кг. Цей маятник Фуко унікальний тим, що діє безперервно.

• Національний педагогічний університет імені М. П. Драгоманова (Київ)

• Музей пізнання світогляду та освоєння космосу (Переяслав-Хмельницький)

• Харківський національний університет

• Харківський планетарій

• Церква Пресвятої Євхаристії (Львів)

• СОК «Адреналін Сіті» (Луцьк)

(перегляд відео)

Які бувають коливання?

Які ж характеристики коливального руху?

V. Закріплення нових знань

Дослідимо від чого залежить період коливань маятників (симуляція Phet).

Дослід І

Як зміниться період коливань математичного маятника при зміні довжини нитки? Перевірити експериментально.

1. Визначити період коливань маятника Т₁=………..

2. Зменшити довжину нитки і знову визначити період маятника Т₂ =……………

Висновок:_____________________________________________________________________________

(При збільшенні довжини нитки період збільшується.)

Дослід ІІ

Як зміниться період коливань нитяного маятника при зміні маси вантажу? Перевірити експериментально.

3. Визначити період коливань маятника з однією кулькою Т₁ =………..

4. Визначити період коливань маятника з кулькою іншої маси Т₂ =……………

Висновок:______________________________________________________________

(При зміні маси вантажу період коливань нитяного маятника не змінюється)

Дослід ІІІ

Як зміниться період коливань нитяного маятника при збільшенні амплітуди малих коливань? Перевірити експериментально.

1. Визначити період коливань маятника Т₁ =………..

2. Змінити амплітуду і знову визначити період коливань маятникаТ₂ =……………

Висновок:________________________________________________________

(Період коливань нитяного маятника не залежить від амплітуди коливань)

Дослід ІV

Як буде коливатись математичний маятник на інших планетах.

VІ. Домашнє завдання

1. Опрацювати параграф 13.
2. Намалювати скетч до теми «Коливання».