Конспект туроку з фізики у 10 класі на тему: "Застосування законів механіки до коливального руху. Гармонічні коливання. Рівняння гармонічних коливань"

Тема. Застосування законів механіки до коливального руху. Гармонічні коливання. Рівняння гармонічних коливань. Найпростіші коливальні системи — математичний та пружинний маятники.

Мета. Сформувати уявлення учнів про види і закономірності коливального руху, ввести поняття гармонічних коливань та їх рівняння. Ознайомити із законами коливань математичного та пружинного маятників, вивести формули періоду їх коливань. Формувати вміння застосовувати ці знання для вирішення практичних завдань.

Виховувати в учнів почуття колективізму.

Розвивати вміння самоконтролю, самооцінки.

Тип уроку: урок засвоєння нових знань.

Обладнання: математичні маятники, пружинний маятник, фізичний маятник, проектор, презентація Power Point, опорні конспекти, тестові завдання, карточки з умовами задач.

Хід уроку

І. Організаційний момент

ІІ. Актуалізація опорних знань учнів

Задумаймося над такими прикладами: розгойдується маятник старовинного годинника, корабель гойдається на морських хвилях, карета рухається по нерівній дорозі, гітара в руках музиканта народжує мелодію, атоми рухаються в кристалічному тілі, скорочується м’яз людського серця… Що спільного мають ці рухи? Йде мова про їх повторюваність, тобто коливання. Вони невід’ємна частина нашого життя. Тому сьогодні ми розглянемо коливальний рух та його особливості.

ІІІ. Повідомлення теми та мети уроку

ІV. Засвоєння нових знань

План вивчення матеріалу

1.                  Механічні коливання та їх види.
2.                  Фізичні величини, що характеризують коливання.
3.                  Гармонічні  коливання, їх рівняння і графіки.
4.                  Енергія та період коливань пружинного маятника.
5.                  Енергія та період коливань математичного маятника.
6.                  Прояв та використання коливань в природі, техніці, наукових дослідженнях.

Після пояснень учителя учні об’єднані у три групи: «Дослідники», «Астронавти», «Романтики».

Представники груп виступають із випереджувальними завданнями.

Група «Дослідники»

Маятник Фуко

Французький фізик і астроном Жан Фуко вперше створив маятника, що підтверджує добове обертання Землі.

Публічна демонстрація відбулася в березні 1851 року в паризькому пантеоні (храмі). Під куполом храму він закріпив стальний стержень довжиною 67 м. До нього прикріпив  металеву кулю масою 28 кг із закріпленим на ній вістрям. Під маятником на підлозі зробив кругову огорожу діаметром 6м, по краю якої була піщана доріжка, на якій маятник окреслював вістрям сліди.

Період коливань маятника становив 16,4 секунди. При кожному коливанні площина маятника поверталася більше, ніж на 11 градусів за годинниковою стрілкою, тобто в протилежний бік до обертання Землі навколо своєї осі.

Маятники Фуко є у багатьох країнах світу.

На Україні найдовший встановлено в Київському політехнічному інституті в 2011 році. Довжина підвісу — 22 м, а куля із бронзи має масу 43 кг.

Винахідник годинника

Перший механічний годинник з гирями сконструював французький чернець Ж’ербі в 999 р. для міста Магдебурга. Він пізніше став Папою Сильвестром ІІ. Цей годинник показував час на високій вежі.

Із ХІІ століття механічні годинники встановлювали на банях церков і монастирів, але вони були недосконалими, зупинялися.

Ідея маятникового годинника з’явилася в італійського фізика Галілео Галілея. Він використав маятник для регуляції ходу годинника. Це було в 1641 році — за рік до смерті. Робота була не завершена.

Ідею вдосконалення маятникового годинника продовжив нідерландський вчений Христіан Гюйгенс на протязі 20 років із 1656 по 1693 р.

Група «Астронавти»

Відомо, що прискорення, з яким падає підняте тіло, притягуючись до планети, тим більше, чим більша маса планети.

Ми знайшли відомості про значення прискорення вільного падіння на поверхні деяких небесних тіл.

Для Сонця воно найбільше  — 274 м/с².

Для Місяця найменше — 1,6 м/с².

Для планети Уран таке ж, як для Землі — 9,8 м/с².

Тобто маятниковий годинник буде дуже відставати на Місяці в порівнянні із таким же годинником на Землі.

Група «Романтики»

 На березі моря стояла убога хатина, в якій жило подружжя Кейт і Джона. Були вони бідними і не знали, як розбагатіти.

Джон все поглядав на маятниковий годинник, що висів на стіні. Кожного дня цей годинник спішив, неправильно показуючи час.

Оскільки період коливань маятника залежить від прискорення вільного падіння — g, то навколо хатини його значення більше від середнього значення, тобто тут у землі, знаходиться скарб.

Оскільки Джон дуже добре знав фізику, то ні на мить не сумнівався в цьому. Взявши лопату, відкопав скарб, який колись заховали пірати. Фізика допомогла!

 Ми вибрали приклади рядків із пісень, в яких йде мова про коливання:

1.      «Повіяв вітер степовий, трава  ся похилила…»

(Коливання трави — вимушені коливання).

2.      «Грає море зелене, тихий день догора…»

(Коливання дерев — вимушені коливання).

3.      «Мене мати колисала і пісні мені співала…»

(Колисання дитини — вимушені коливання).

4.      «Знову цвітуть каштани, хвиля дніпровська б’є…»

(хвилі на поверхні води — це теж вимушені коливання).

V. Закріплення нового матеріалу

1. Тестові завдання  (взаємоперевірка в парах).

1. У гітарі коливається струна. Які коливання вона здійснює?

1. вільні;
2. вимушені;
3. інша відповідь.

2. На гойдалці коливається дитина. Яким маятником можна її вважати?

1. математичним;
2. фізичним;
3. пружинним.

3.  Під час руху математичного маятника його відхилення від положення рівноваги набирало різних значень …

1. 0,01 м;
2. 0,04 м;
3. 0,08 м.

Яка амплітуда коливань?

4.  Моделлю математичного маятника є:

1. кулька, підвішена на довгій  нерозтяжній нитці;
2. кулька, підвішена на пружині;
3. металевий тягарець, підвішений на пружині.

5.  Коливання характеризуються виміряними величинами, які мають значення…

1. 0,06 м;
2. 2 с;
3. 0,24 м.

Який період коливань?

6. Як називають кількість коливань тіла, що відбувається за 2π секунд…

1. періодом;
2. фазою;
3. циклічною частотою.

7.  Вільні коливання є згасаючими, тому що в системі існують …

1. сила тяжіння;
2. сила опору середовища;
3. сила пружності.

8.  Гармонічні коливання відбуваються за законом …

1. тангенса;
2. синуса або косинуса;
3. котангенса.

9. У незгасаючих коливаннях амплітуда …

1. змінюється;
2. стала;
3. періодично змінюється.

10.  У згасаючих коливаннях амплітуда …

1. зменшується;
2. не змінюється;
3. збільшується.

2. Капелюх задач. Із переліку задач на карточках учні витягують наосліп умови задач. Наприклад:

Задача 1. Частота коливань крил комара 600 Гц, а період коливань крил джмеля 5 мс. Скільки коливань зробить кожна комаха за 1 хвилину?

1.                  ;
2.                  ;
3.                  ;

           ;

– кількість коливань, що здійснюють крила комара.

- кількість коливань, що здійснюють крила джмеля.

 Задача2.  Електричний міксер, збиваючи крем, здійснює 100 коливань за секунду, визначити його циклічну частоту коливань, період коливань.      

1)   ;

 2) ;

;

  ;

VІ. Підсумок уроку.

VІІ. Повідомлення домашнього завдання

Опрацювати ⸹19, ⸹20. Виконати вправи: № 19 (5), № 20 (4).

За підручником : Фізика (рівень стандарту, за навчальною програмою авторського колективу під керівництвом Локтєва В. М.): підруч. для 10 кл. закл. загал. серед. за ред. В. Г. Бар’яхтара, С. О. Довгого. — Харків : Вид-во «Ранок», 2018. — 272 c. : іл.