Савчук-Баловсяк Г. Д. План уроку фізики на тему: "Поширення механічних коливань у пружному середовищі. Поперечні та поздовжні хвилі. Довжина хвилі. Звук"
Викладач фізики та астрономії ВПУ № 3 м. Чернівці Савчук-Баловсяк Г. Д.
План
відкритого уроку фізики
Тема. Лабораторна робота №3. Виготовлення маятника й визначення його періоду коливань.
Поширення механічних коливань у пружному середовищі. Поперечні та поздовжні хвилі. Довжина хвилі. Звук.
Методична мета. Методика використання міжпредметних зв’язків та формування ключових компетентностей (основних компетентностей у природничих науках і технологіях, інформаційно-цифрової, математичної, спілкування державною мовою, уміння вчитися упродовж життя, ініціативність і підприємливість) під час вивчення фізики.
Мета уроку:
Навчальна: Ознайомити учнів з поширенням механічних коливань у пружному середовищі – хвилями; видами хвиль: сферичними та плоскими, поздовжніми та поперечними; їх основними характеристиками: амплітудою, частотою, довжиною, швидкістю; звуком як видом механічних хвиль; джерелами звуку, швидкістю звуку в різних середовищах; нечутним звуком – інфразвуком та ультразвуком. Охарактеризувати значення цих знань у житті людини та народному господарстві.
Розвиваюча: Розвивати інтелект, мовлення, ініціативу, активність, зорову і слухову пам’ять, кмітливість, увагу, лаконізм, аналітичні здібності, вміння самостійно проводити експеримент, здійснювати спостереження та роботи висновки; використовувати міжпредметні зв’язки, стимулювати творчі здібності. Формувати пізнавальну, самоосвітню, комунікативну компетентності, логічне мислення учнів через встановлення причинно-наслідкових зв’язків, навички застосовувати теоретичні знання до пояснення фізичних явищ, дослідницько-пошукової роботи, самостійної роботи з навчальною, науковопопулярною літературою, інтернет-ресурсами.
Виховна: Виховувати елементи культури праці, дбайливе ставлення до фізичних приладів, самостійність у виконанні практичних робіт, цілеспрямованість,
інтерес до навчання, самокритичність в оцінці своїх знань, естетичні почуття, любов і повагу до природи, ціннісне ставлення до навколишнього середовища, спостережливість, зосередженість; дисциплінованість; формувати науковий світогляд та інтерес до вивчення фізики.
Тип уроку. Комбінований.
Методи і прийоми навчання: словесні, наочні, практичні, наочні електронні.
Комплексно-методичне забезпечення уроку:
1. Опорні конспекти, дидактичні картки, матеріал з художньої літератури, міні-вікторини у малюнках, збірники задач з фізики для 9-11 кл. середньої школи (автор А.П.Римкевич), тест-контроль „Фізика 11 кл., зошити для лабораторних робіт і фізичного практикуму (рівень стандарту, автор Мозель О.О. та ін.), критерії оцінювання, підручники, листок самоконтролю учня, таблиця з префіксами для утворення десяткових і кратних частинних одиниць, інструкція з техніки безпеки під час виконання лабораторної роботи.
2. Педагогічний програмний засіб (ППЗ) „Бібліотека електронних наочностей”, „Фізика 10-11 кл. Версія 1.0. ” (Для загальноосвітніх навчальних закладів).
ППЗ „Віртуальна фізична лабораторія” Фізика 10-11 кл. Версія 1.0. Фізика. 11 клас. Навчальне програмне забезпечення.
3. Портрети Піфагора, Аристотеля, Леонардо да Вінчі.
4. Репродукція картини І.К.Айвазовського “Дев'ятий вал”.
5. Презентації у MS Power Point «Поширення механічних коливань у пружному середовищі. Поперечні та поздовжні хвилі. Довжина хвилі. Звук».
6. Іграшкова пружинка, хвильова машина, саморобні моделі механічних хвиль, струна, скрипка, набір лінійок з різних матеріалів, ванночка з водою, математичний маятник, камертони, комплект приладів для виконання лабораторної роботи.
7. Мультимедійний проектор, персональний комп’ютер, магнітна дошка і набір магнітів, лазерна указка.
Логічне мислення не може дати жодних знань про світ фактів.
Пізнання реального світу спирається на досліди і закінчується ними.
А. Ейнштейн
Хід уроку
1. Організаційний момент
1.1. Створити сприятливу психологічну атмосферу уроку.
1.2. Перевірити присутність учнів на уроці та їх готовність до уроку.
1.3. Вступне слово викладача про роль фізики у житті людини, її величезний вплив на весь розвиток науки і техніки, на формування природничо-наукової картини світу.
2. Актуалізація і корекція опорних знань учнів
2.1. Викладач проектує на дошку слайди, на яких зображено такі дії:
- Привітання за руку (тактильне відчуття);
- Вдихання аромату квітів (нюх);
- Смакування шматочка лимона (смакові відчуття); Споглядання картинок (зорове відчуття); Слухання різних звуків (слух відчуття).
Людям притаманні 5 основних відчуттів: тактильне, нюх, смакове, зорове і слухове. Сьогодні ми поговоримо про механічні коливання та хвилі, здатність людини чути звуки й спробуємо знайти відповіді на різноманітні тематичні запитання.
2.2. Методи усного опитування (фронтально, за запитаннями, поданими нижче та відповідними ілюстраціями з ППЗ „Бібліотека електронних наочностей”, матеріалами з інтернет-ресурсів, з використанням реального та віртуального експериментів, матеріалу з художньої літератури, елементами гри). ? Питання для відповідей:
– Що таке механічні коливання?
– Яка природа вільних та вимушених коливань?
– Що таке амплітуда? період? частота?
– Що таке резонанс (механічний)?
– Запишіть рівняння гармонічних коливань.
– Що називають математичним маятником? пружинним маятником?
– Чим характеризуються вищезгадані маятники?
– Від чого залежить період математичного маятника?
– Як зміниться період коливань математичного маятника, якщо довжину нитки збільшити в 3 рази?
– Як зміниться період коливань пружинного маятника, якщо масу вантажу збільшити в 2 рази?
– Назвіть три стани речовини.
– Чи можуть механічні коливання поширюватися у пружному середовищі?
– Наведіть приклади механічних хвиль.
2.3. Методи письмового опитування:
– Картки з диференційованими тестовими завданнями.
– Перевірка домашніх задач (здійснюється на прикладі розв’язання аналогічної задачі, способом взаємоперевірки).
3. Мотивація навчально-пізнавальної діяльності учнів
3.1. Повідомлення теми, мети уроку.
3.2. Практична значимість матеріалу. На попередньому занятті ми з вами вивчили механічні коливання. Ознайомилися з природою їх виникнення, величинами, тобто параметрами, які їх характеризують та з рівнянням, за допомогою якого можна описати коливання. Сьогодні ж ми ознайомимося з процесом поширення механічних коливань в пружному середовищі, тобто в речовині. Отже наша сьогоднішня тема: «Поширення механічних коливань у пружному середовищі. Поперечні та поздовжні хвилі. Довжина хвилі. Звук».
4. Вивчення нового матеріалу (шляхом випереджувального самостійного опрацювання відповідного матеріалу з використанням проектних інтерактивних технологій кооперативного навчання, демонстрацією реальних і віртуальних дослідів, комп’ютерних анімацій, мультимедійних презентацій, фрагментами лекції, розповіді, інформаційного повідомлення, бесіди з елементами навчального спектаклю).
4.1. Розгляд питань:
- Поширення коливань у середовищі.
- Означення механічних хвиль. Поздовжні та поперечні хвилі.
- Означення довжини хвилі.
- Формула зв'язку довжини хвилі, швидкості її поширення та періоду (частоти).
- Перенесення енергії механічними хвилями.
- Інтерференція механічних хвиль. ?
- Звукові хвилі, швидкість поширення звуку в різних середовищах.
- Діапазони звуку. Акустичний резонанс. Поняття про інфразвук та ультразвук. Існування інфразвуків та ультразвуків у природі та техніці.
4.2. Слово викладача фізики. Для вивчення нового матеріалу група попередньо ділиться на 5 експертних підгруп (фізики-теоретики, фізики-експериментатори, конструктори, інженери, біологи), кожна з яких, у межах проекту, досліджує й опрацьовує відповідний матеріал, знаходить потрібну інформацію і обмінюється нею в усній формі, готує демонстраційні експерименти та демонструє їх.
5. Узагальнення та систематизація знань учнів
5.1. Запитання для відповідей:
– Що таке механічні коливання?
– Що таке механічна хвиля?
– Чи переносять механічні хвилі речовину? енергію?
– Які види хвиль вам відомі?
– Як виміряти глибину моря?
- Чому не можна почути звук дзвону, що знаходиться всередині посудини, з котрої викачали повітря?
- Чи комфортна людині абсолютна тиша?
- В якому середовищі звук поширюється швидше? А в якому повільніше?
- При польоті більшість комах видають звук. Як це відбувається?
5.2. Тестові завдання для фронтального закріплення та повторення матеріалу № 16 (с. 8), № 4 (с. 15), № 23 (с. 64); (із збірника тестових завдань для підготовки до ЗНО з фізики, автор М. О. Альошина) з використанням мультимедійного проектора.
5.3. Пояснити явища, показаних на слайдах мультимедійної презентації.
5.4. Задачі (взяті із збірників задач з фізики, автори А.П. Римкевич)
Якісні задачі (учні розв’язують індивідуально, колективно) Р. №№ 445, 446, 449.
Розрахункові задачі (№№ 435, 436, 438, 440, 441*):
Р.№ 435, 436, 440 (розв’язують всі учні, одна учениця коментує розв’язок та записує його на дошці й звіряють з розв’язком на слайді ).
Р. № 439 (учні розв’язують самостійно, здійснюють самоперевірку).
Р. № 441* (учні розв’язують за допомогою викладача).
5.5. Пояснити з точки зору фізики наступні прислів’я:
– «Німий мов риба»
– «Порожня бочка гудить, а повна мовчить».
5.6. Відгадати загадки про явища природи:
1. Я вночі дзижчу на вухо,
Та не джміль я і не муха.
2. Він маленький й голосний Кличе учнів на урок.
Для дорослих і маленьких
Чарівний гучний …
3. В нього крила, в нього вуса, Трохи я його боюся.
Як летить – так чути звук.
Бронзовий великий …
4. Щось на небі гуркотить, Наче звір страшний летить. Сильний дощ на землю ллється, Звір у руки не дається.
Очі світяться яскраво –
Всі у дім тікайте жваво!
5.7. Назвати явища, які описані в наступних творах:
1. «На озері туман то лежить пеленою, то хвилює од вітру, то розривається, одкриваючи блідо-блакитну воду. В лісі щось загомоніло, струмок зашумував, забринів, і вкупі з його водами з лісу вибіг «Той, що греблі рве» – молодий, дуже білявий, синьоокий, з буйними і разом плавкими рухами; одежа на ньому міниться барвами, від каламутно-жовтої до ясно-блакитної, і поблискує гострими злотистими іскрами».
Леся Українка, уривок з драми-феєрії «Лісова пісня»
2. Садок вишневий коло хати,
Хрущі над вишнями гудуть, Плугатарі з плугами йдуть, Співають ідучи дівчата.
Тарас Шевченко, уривок з вірша «Садок вишневий коло хати» 5.8. Заслухати повідомлення учнів про вплив звуку на організм людини.
5.9. Виконати лабораторну роботу №3 “Виготовлення маятника і визначення його періоду коливань” (групами по 4 учні, керуючись інструкціями, які вміщені у зошити для лабораторних робіт і фізичного практикуму з друкованою основою (рівень стандарту) та використовуючи відповідне ППЗ та обладнання).
Виконання лабораторної роботи
Учням пропонується визначити період коливань математичного маятника, щоб дослідити залежність його періоду коливань від довжини нитки.
Тема: Виготовлення маятника і визначення його періоду коливань.
Мета: Виготовити нитяний маятник, переконатися на досліді в справедливості формули Гюйгенса.
Обладнання: Штатив із муфтою, кільце, невелика важка кулька, нитка завдовжки близько 1 м, вимірювальна стрічка, секундомір. Хід роботи
1. Під час виконання роботи дотримуйтеся відповідної інструкції з техніки безпеки (БЖД).
2. Підготовка до експерименту полягає в наступному. Установіть штатив на краю стола. За допомогою муфти закріпіть штативі кільце. Виготовіть маятник: прикріпіть кульку до нитки і закріпіть її до кільця штатива.
3. Виміряйте довжину нитки маятника. Результати всіх вимірювань відразу ж записуйте в таблицю.
4. Відхиліть кульку на 5-8 см від положення рівноваги і відпустіть.
5. Виміряйте час, за який маятник здійснює 20 коливань.
6. Повторіть дослід двічі, щоразу зменшуючи довжину l нитки маятника (рис. 1).
Рис. 1. Математичний маятник, закріплений на штативі 7.Для кожного досліду обчисліть період коливань маятника двома способами: спочатку скористайтесь формулою T1 
Nt , а потім – формулою Гюйгенса
T2 2
. Вважайте, що число π дорівнює 3.14, а прискорення вільного
падіння – 9.8м/с2.
8. Округліть результати обчислень до десятих і закінчіть заповнення таблиці.
|
Номер досліду |
Кількість коливань N |
Час коливань t, c |
Період коливань t T1 |
Довжина нитки l, м |
Період коливань T2 2 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
9. Для кожного досліду порівняйте отримані двома способами значення періоду
коливань, обчисливши розбіжність значень за формулою 1 T1 100%. T2
|
ε1 = |
|
|
ε2 = |
|
|
ε3 = |
|
10. Проаналізуйте результати експериментів та зробіть відповідні висновки.
11. Творче завдання. Виготовіть маятник, період коливань якого дорівнює 1 с. Опишіть свої дії. Експериментальним шляхом перевірте, чи справді виготовлений маятник має заданий період коливань.
6. Підведення підсумків уроку
6.1. Дати оцінку діяльності учнів на уроці.
6.2. Вказати на характерні недоліки під час розв’язування задач, пояснення вивченого матеріалу, проведення дослідів.
6.3. Відзначити найбільш успішні відповіді.
7. Домашнє завдання: Вивчити § 21 Повторити: §§ 19-20 Задачі Р. №№ 437, 442. Експериментальна задача.
Для лінійки якої довжини частота коливань буде вищою? (оцініть частоту коливань на слух).
Додаткове завдання.
1. Скласти кросворди, застосувавши знання про звукові явища.
2. Користуючись мережею Інтернет знайти тест «Скільки років твоїм вухам».
Викладач: Г.Д. Савчук–Баловсяк
Опорний конспект
1. Поширення коливань у середовищі.
Поширення коливань у пружному середовищі називають хвильовим процесом, або хвилею.
Поширення хвиль не супроводжується перенесенням частинок середовища, - вони лише коливаються навколо положення рівноваги.
З хвилею переноситься енергія, яка поширюється у просторі від джерела коливань.
2. Фронт хвилі. Плоскі та сферичні хвилі.
Фронт хвилі – поверхня, на якій всі точки середовища коливаються в одній фазі.
Пригадаємо, що фаза визначає стан коливальної системи у будь-який момент часу.
За формою хвильового фронту розрізняють плоскі та сферичні хвилі. Плоска хвиля – це хвиля, в якої хвильовий фронт являє собою площину.
Фронт хвилі
Сферична хвиля – хвиля, фронт якої є сферою чи її частиною. Фронт хвилі
Напрям поширення хвилі називають променем. І він – перпендикулярний до фронту хвилі.
Залежно від напряму коливань частинок щодо напряму поширення хвилі розрізняють поперечні та поздовжні хвилі.
Поперечними хвилями називаються хвилі, в яких коливання частинок середовища відбуваються перпендикулярно до напрямку поширення хвилі.
Поздовжніминазиваються хвилі, в яких коливання частинок середовища відбуваються вздовж напрямку поширення хвилі.
3. Параметри хвиль.
Хвилі подібно до коливань характеризуються параметрами.
Вищі точки хвильового руху називають гребенями, а нижні – западинами.
Амплітуда А – максимальна висота гребеня чи глибина западини, виміряна відносно нульового рівня (або положення рівноваги). Повний розмах коливань від гребеня до западини дорівнює подвійній амплітуді.
Відстань між двома сусідніми гребенями – довжина хвилі λ. Довжина хвилі дорівнює відстані між будь-якими двома послідовними однаковими за висотою точками хвилі (або відстані між найближчими точками, які коливаються в однокових фазах).
Хвилі характеризуються частотою хвилі ν, під якою розуміють частоту коливань частинок середовища (частота коливань поплавця на поверхні хвилі). Частота хвилі ν – це кількість гребенів хвилі, які проходять через дану точку за одиницю часу (або кількість повних коливань).
Швидкість хвилі υ – це швидкість, з якою переміщається гребінь хвилі.
Швидкість хвилі слід відрізняти від швидкості частинок самого середовища. За період, протягом якого хвиля здійснює одне коливання, тобто опускається з гребеня в западину і знову піднімається на гребінь, хвиля просунеться на відстань λ, і її швидкість дорівнює:
|
T |
|
|
З даних формул ми можемо вивести і формулу для обчислення довжини хвилі:
Співвідношення між частотою та хвилі та її довжиною: чим менша довжина хвилі, тим більша її частота. І навпаки. Чим довша хвиля, тим менша її частота.
4. Звук – хвиля. Історія вивчення звуку
Процес поширення звуку також являє собою хвилю. Вперше це припущення зробив знаменитий англійський фізик Ісаак Ньютон (1643 –1727).
Світ, у якому ми живемо, повний найрізноманітніших звуків. Наш світ навіть навчився відтворювати їх, щоб підманювати птиць та звірів. Шелест листя, гуркіт грому, шум морського прибою, свист вітру, тваринне гарчання, спів птиць... Ці звуки чула ще давня людина.
Ми живемо у світі звуків, які дозволяють нам отримувати інформацію про те, що відбувається навколо.
Наука, що вивчає звуки називається акустикою.
Звуки почали вивчати ще в далекі часи. Перші спостереження з акустики були проведенні в IV столітті до нашої ери. Піфагор встановив зв’язок між висотою тону і довжиною струни чи труби, що видають звук.
В IV ст. до н.е. Аристотель перший правильно представив, як поширюється звук у повітрі. Він сказав, що тіло, яке звучить, викликає стиснення й розрідження повітря і пояснив явище луни - відбиванням звуку від перепони.
В XV столітті Леонардо да Вінчі сформулював принцип незалежності звукових хвиль від різних джерел.
5. Механізм виникнення звуку
Якщо відтягнути і відпустити струну музичного інструменту чи сталеву пластинку, що затиснута одним кінцем в тисках, вони будуть видавати звук.
Коливання струни чи металевої пластинки передаються оточуючому повітрю. При відхиленні пластинки в лівий бік вона стискає шари повітря зліва і розріджує шари повітря, що знаходяться справа від пластинки і т.д.
Стиснення й розрідження шарів повітря, що прилягають до пластинки, буде передаватися сусіднім з ними шарам повітря.
6. Природа звуку
Звук – це механічне коливання, що поширюється у пружних середовищах: газах, рідинах і твердих тілах.
Звук – це поздовжня хвиля.
Отже, Звук (звукові хвилі) це пружні хвилі, що здатні викликати у людини слухові відчуття.
7. Джерела звуку
Джерело звуку – це будь-яке тіло, що здійснює коливання з частотою від 16 Гц до 20000 Гц.
За своєю природою джерела звуку поділяють на природні та штучні:
Природні
(голос, шелест листя, шум прибою та інше)
Штучні
(камертон, струна, дзвін, мембрана телефону)
Спільним у всіх цих випадках є походження звуку: коливання тіл породжують коливання повітря.
8. Фактори, за яких людина відчуває звук.
Людина відчуває звук за умов:
1) Наявності джерела звуку, створюються коливання частотою від 16 до 20000 Гц
2) Є пружне середовище між вухом і джерелом звуку
3) Потужність звукових хвиль достатня для здобуття відчуття звуку
9. Швидкість звуку в різних середовищах
В різних середовищах швидкість звуку є різною. Найбільша швидкість звуку в твердих тілах, дещо менша в рідинах, а найменша в газах.
|
Речовина |
Швидкість звуку, м/с |
|
Повітря (при 00C) |
331 |
|
Гелій |
1005 |
|
Водень |
1300 |
|
Вода |
1440 |
|
Морська вода |
1560 |
|
Важка деревина |
4000 |
|
Скло |
4500 |
|
Залізо і сталь |
5000 |
|
Алюміній |
5100 |
З таблиці ми можемо побачити, що в сталі швидкість звуку 5000 м/с, у воді – 1440 м/с, а у повітрі коливається в межах 330 – 340 м/с.
Також швидкість звуку залежить від властивостей середовища (температури, густини та ін.), в якому розповсюджується звук.
Для прикладу, у повітрі при підвищені температури на 1°С швидкість звуку збільшується приблизно на 0,60 м/с.
10. Інфразвук та ультразвук.
Окрім чутного людським вухом звуку існують ще два види звуку: ультразвук та інфразвук. Людське вуху їх не відчуває.
Інфразвуком називають хвилі з частотою від 0 Гц до 16 Гц .
Зверху цей діапазон частот обмежений нижньою межею чутності для людського вуха.
Ультразвуком прийнято називати хвилі частотою від 20000 Гц до 1 ГГц.
Знизу цей діапазон частот обмежений верхньою межею чутності для людського вуха.
11. Існування інфразвуків та ультразвуків у природі та техніці.
У природі існують інфразвуки. Вони є скрізь. Інфразвукові коливання в повітрі з’являються з грозами та сильними вітрами, сонячними спалахами.
Бувають вони від пострілів, вибухів, обвалів, землетрусів.
У природі ультразвук зустрічається як компонент багатьох природних шумів: у шумі вітру, водопаду, дощу, морської гальки, що перекочується прибоєм, в грозових розрядах. Багато ссавців, наприклад кішки і собаки, володіють здатністю сприйняття ультразвуку частотою до 100 кГц, а локаційні здібності кажанів, нічних комах і морських тварин всім добре відомі.
Інфра- та ультразвуки застосовується в техніці: медицина, навігація та ін.
Також вони можуть буди шкідливими для людського організму, викликаючи порушення роботи організму та неприємні відчуття.
12. Діапазони звуків (схема)
|
|
|
|
про публікацію авторської розробки
Додати розробку