Механічні коливання 10 клас

Державний навчальний заклад

«Дубенське вище художнє професійно-технічне училище»

Урок-гра з фізики на тему:

«Механічні коливання»

Підготував:

викладач фізики

Сікора М. О.

Тема уроку: «Механічні коливання»

Мета уроку:

• навчальна: повторити та закріпити основні поняття та закони з теми «Механічні коливання»; перевірити рівень засвоєння знань, понять, тверджень за допомогою проілюстрованих прикладів на основі задач, вміння застосовувати вивчене в знайомих і нових ситуаціях; формувати вміння застосувати одержані теоретичні знання в повсякденному житті для розв’язання побутових питань.
• розвивальна: розвивати вміння систематизувати відомі фізичні факти, розвивати спостережливість, уміння встановлювати причинні зв'язки; формувати в учнів самостійну, творчу активність, ініціативу як стійкі якості особистості; виробляти вміння самостійно вчитися, поглиблювати або поповнювати знання; формувати в учнів позитивні мотиви учбової діяльності, пізнавальний інтерес, бажання вчитися, позитивне ставлення до навчання.
• виховна: розвивати уявне й логічне мислення, інтерес до експерименту; виховувати навички індивідуальної і колективної роботи; виховувати інформаційну культуру учнів, увагу, акуратність у виконанні роботи.

Обладнання: мультимедійний проектор або дошка, комп'ютер, комп'ютерна презентація (слайди містять завдання до 2-4 етапу уроку), демонстраційні плакатні картки, картки із завданням для самостійної роботи, фото відомих фізиків, пісчаний годинник, таблиця для оцінювання журі (додатки додаються).

Тип уроку: урок комплексного застосування знань по темі «Механічні коливання»

Зміст уроку:

Закріплення і повторення знань, отриманих раніше; систематизація цих знань; закріплення практичних навичок; перевірка якості засвоєння вивченого матеріалу.

Організація уроку

Даний урок проводиться у формі гри. Групу заздалегідь розбивається на три команди. При розділенні необхідно враховувати, щоб якісний склад кожної команди був приблизно однаковим. Кожна команда зі свого складу обирає капітана. Бажано, щоб капітаном був найсильніший учень, який володіє певним авторитетом в учнів. Капітан буде мати право на вирішальне слово в багатьох конкурсах.

Урок починається тренувальними вправами. Кожній команді дається можливість по черзі відповідати на запитання вчителя (якщо у команди немає відповіді, тоді черга переходить до наступної команди). За правильну відповідь дається  1 бал. На тренувальні вправи відводиться 4-6 хвилин уроку. Журі слідкує за правильністю відповідей та фіксує бали команд. На цьому етапі уроку учні налаштовуються на працю. Перевіряється якість вивчення основних термінів теми: визначення, формули. Запитання до першого етапу знаходяться в додатку № 1.

Другий етап уроку логічно доповнює перший етап. Команди розгадують фізичний кросворд (додаток № 2). Питання кросворду перегукуються з питаннями тренувальних вправ. Разом з тим вони сформульовані трохи по-іншому, що потребує застосування глибоких знань: потрібно правильно розуміти сутність явищ та значення фізичних величин. На заповнення кросворду відводиться 8 хвилин уроку. Підрахунок балів ведеться за кросвордами, поданими до журі  капітанами команд (це правило обговорюється заздалегідь). Після закінчення 2-го конкурсу журі оголошує підсумки 1-го і так робить далі: після закінчення 3-го конкурсу оголошується підсумки 2-го...

Третій етап – пояснення трьох фізичних дослідів з теми «Механічні коливання» поданих у вигляді відеороликів на окремих слайдах презентації (додаток № 3).

Четвертий етап – конкурс розв'язування задач. Учням пропонується 3 списки задач різних рівнів складності (додаток № 4). Кожна команда обирає по задачі, яку вона буде виносити на суд двох інших команд та журі. Представники команд записують на дошці розв'язання своїх задач та по черзі пояснюють його.

• Командам пропонується експериментальне завдання: дослідити залежність амплітуди коливань маятника. Це завдання оцінюється в 10 балів. Після цього  його капітан обирає собі асистента та виконує дане завдання. Згодом вони будують графік амплітуди А від довжини маятника L.

Для підрахування балів журі необхідно 4-5 хвилин. У цей час учні слухають розповідь про новий український фізичний проект. Наприкінці уроку журі підводить підсумки.

Додаток № 1

1. Як ви розумієте термін «Механічні коливання»?
2. Дайте визначення періоду коливання. 
3. Назвіть формулу, що пов'язує період та частоту коливань.
4. Що таке математичний маятник?
5.  Які перетворення енергії відбуваються при механічних коливаннях?
6. Які тіла входять у коливальні системи математичного та пружинного маятника?
7. У якому положенні потенціальна енергія обох маятників максимальна?
8. У якому положенні максимальна швидкість?
9. У якому положенні максимальне прискорення тіла в обох маятниках?
10. Що таке амплітуда коливань?
11. Дайте визначення резонансу.
12. Що таке  фаза коливань?
13. Які сили називають квазіпружними?
14. Які коливання називають вимушеними?

Додаток № 2

ЗАПИТАННЯ ДО КРОСВОРДА:

1.              Одна з величин значення  якої повторюється при коливальному русі.
2. Коливання, які проходять у замкненій системі.
3. Одиниця вимірювання частоти коливань.
4. Величина, обернена частоті коливань.
5. Коливання, які проходять за законом синуса або косинуса.
6. Яка з енергій максимальна при максимальному відхиленні маятника від положення рівноваги?
7. Яка з кінематичних величин максимальна при проходженні тілом положення рівноваги?
8. Маятник, період коливань якого залежить від довжини нитки.
9. Одна з причин затухання вільних коливань.
10. Явище, яке виникає при співпаданні власної частоти коливань та частоти зовнішньої вимушуючої сили.
11. Величина, яка зростає при співпаданні власної частоти коливань з частотою коливань зовнішньої вимушуючої сили.

Додаток № 3 (відеоролики з теми «Механічні коливання»)

Додаток № 4

СПИСОК 1

( вартість задачі – 6 балів )

1. Матеріальна точка за 1 хв. зробила 300 коливань. Визначити період і частоту коливань.
2. Знайдіть масу вантажу, підвішеного на пружині з коефіцієнтом жорсткості

 250 Н/м. Вантаж робить 20 коливань за 16 с.

3. Маятник Фуко робить 3 коливання за 1 хв. Визначите довжину маятника Фуко.
4. Знайдіть період і частоту коливань математичного маятника, довжина нитки якого 98 м.
5. У скільки разів зміниться частота коливань математичного маятника при збільшенні довжини нитки в 3 рази?
6. Як відносяться довжини математичних маятників, якщо за той самий час один з них робить 10, а другий 30 коливань?
7. Визначите період гармонічних коливань математичного маятника, що робить одне повне коливання за 2 с, якщо прискорення вільного падіння становить

9,81 м/с². У скільки разів потрібно змінити довжину маятника, щоб частота його коливань збільшилася в 2 рази?

8. На яку відстань треба відвести від положення рівноваги вантаж масою 640 кг, закріплений на пружині з коефіцієнтом жорсткості 400 Н/м, щоб він проходив положення рівноваги зі швидкістю 1 м/с?
9. Амплітуда коливань  струни 1 мм, частота – 1 кГц. Який шлях пройде струна за 0,2 с?
10.          Яка маса вантажу, що коливається на пружині з коефіцієнтом жорсткості

 0,5 кН/м, якщо при амплітуді коливань 6 см він має максимальну швидкість 3 м/с?

11.          У скільки разів період коливань математичного маятника на Місяці відрізняється від періоду коливань того ж маятника на Землі (прискорення вільного падіння на Місяці в 6 разів менше, ніж на Землі)?

СПИСОК 2

( вартість задачі – 10 балів )

1. Період коливань маятника годинника-ходиків на поверхні Землі дорівнює 1 с. На скільки буде відставати годинник за добу, якщо його підняти на висоту 200 м над поверхнею Землі? Радіус Землі 6400 км.
2. Якщо до деякого вантажу, що коливається на пружині, підвісити гирю масою 100 кг, то частота коливань зменшиться в 1,41 рази. Якої маси вантаж був спочатку підвішений до пружини?
3. За однаковий час один математичний маятник робить 50 коливань, а інший - 30. Знайдіть їх довжини, якщо один з них на 32 см коротше іншого.
4. Частота коливань крил комара 600 Гц, а період коливань крил джмеля - 5 мс. Яка з комах і на скільки більше зробить при польоті змахів крилами за 1 хв ?
5.  Вантаж масою m коливається на пружині твердістю k з амплітудою А. Знайдіть: 1) повну механічну енергію Е; 2) швидкість проходження точкою А.
6. Вантаж масою 0,2 кг, підвішений на пружині, робить 30 коливань у хвилину з амплітудою 0,1 м. Визначите твердість пружини; потенціальну  і кінетичну енергії вантажу через чверть періоду після моменту проходження положення рівноваги.
7. Висячий на пружині вантаж масою 0,1 кг робить вертикальні коливання з амплітудою 4 см. Визначите період гармонічних коливань вантажу, якщо для пружного подовження пружини на 1 см потрібно 0,1 Н. Знайдіть енергію гармонічних коливань маятника. Масою пружини нехтують.

СПИСОК 3

( вартість задачі – 15 балів )

1. Циліндр масою m із площею основи S вільно плаває в рідині з густиною ρ(. Його занурили глибше і відпустили. Визначите період гармонічних коливань циліндра.
2. Період коливань математичного маятника в ракеті, що піднімається вертикально вгору, у два рази менше, ніж на Землі. Вважаючи прискорення вільного падіння постійним і рівним g, визначте прискорення ракети.
3. Як зміниться період коливань маятника, встановленого на ракеті, якщо вона почне рухатися вертикально вгору з прискоренням 30 м/с²?
4. Годинник  з маятником довжиною 1 м за добу відстає на 1 годину. На скільки потрібно змінити довжину маятника, щоб годинник не відставав?
5. Вантаж масою m підвішений до двох невагомих пружин, твердість яких дорівнює k₁ і k₂. Визначте період гармонічних коливань вантажу при послідовному з’єднанні пружин; при паралельному з’єднанні пружин, якщо вантаж підвішений посередині між ними на невагомому стержні.
6. У скільки разів зміниться період коливань вантажу, підвішеного на гумовому джгуті, якщо відрізати L  довжини джгута і підвісити на частину, що залишилася, той же вантаж?
7. Перша куля коливається на пружині, що має твердість у 4 рази більшу, ніж твердість пружини, на якій коливається друга куля такої ж маси. Яку з куль і на  скільки далі треба відвести від положення рівноваги, щоб їх максимальні швидкості були однаковими?
8. Горизонтальна дошка робить гармонічні коливання в горизонтальному напрямку з періодом 2 с. При якій амплітуді коливань лежаче на ній тіло почне зісковзувати? Коефіцієнт тертя спокою дорівнює 0,2.