Урок "Исследование колебаний нитяного маятника" (лабораторная работа)

Исследование  колебаний нитяного маятника

(урок лабораторная работа)

Цели урока.

Общеобразовательная.  Получение знаний о механических колебаниях, периоде, частоте колебаний, приобретение умений и навыков использования этих знаний на практике.

Развивающая.  Развивать  познавательные возможности самостоятельно изучать новую литературу, ориентироваться в потоке научно-технической информации, учиться логически мыслить и переходить от логического мышления к творческому.

Воспитывающая.Подготавливать базу  для формирования научного мировоззрения,   которое реализуется при раскрытии таких аспектов, как человек и труд, человек и машина

Оборудование: 1. Портреты ученых (Галилео Галилея, Христиана  Гюйгенса);

                           2. Таблицы 1-3.                      

                           3. Раздаточный материал; 

                            4.Оборудование к лабораторной работе: груз на нити,   измерительная лента, часы (секундомер), штатив с муфтой.

План урока

1.Организационный момент.

2. Повторение теоретических основ механических колебаний

3. Подготовка к выполнению исследования.

а) Актуализация знаний.

б) Постановка целей и задач.

в) Обсуждение условий проведения эксперимента.

4. Физкультминутка

5. Проведение физического эксперимента

а) зависимость периода колебаний от амплитуды

б) зависимость периода колебаний от массы тела

в) зависимость периода колебаний от длины нити

6.Анализ результатов эксперимента и их оформление.

7. Поиграем

8. Домашнее задание

9. Подведение итогов урока. Рефлексия

Ход урока

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

Первыми учеными, изучавшими колебания, были Галилео Галилей (1564...1642) и Христиан Гюйгенс(1629...1692). Галилей установил изохронизм (независимость периода от амплитуды) малых колебаний, а Гюйгенс в 1657г изобрел первые часы с маятником

Сегодня мы тоже будем говорить о колебательном движении, а именно экспериментально проверять некоторые характеристики этого движения.

2.Повторение теоретических основ механических колебаний

1. И так, сначала небольшая разминка. У вас 3 минуты на краткие ответы.

 

1. Что такое период?
2. Что такое частота колебаний?
3. Что называют амплитудой колебаний?
4. В каких единицах в системе СИ измеряется амплитуда?
5. В каких единицах в системе СИ измеряется период?
6. В каких единицах в системе СИ измеряется частота?
7. Как связаны между собой период и частота колебаний?

 

 

3.Решение физических задач.

Ребята, все вы любите читать сказки. И наше следующее задание, связано со сказками. Я вам раздам карточки с заданиями. Прочтите свои задания и ответьте на предложенные вам вопросы.

• Из французской сказки «Волк и лиса»

« Тут лис привязал веревку от колоколов к хвосту  волка, раскачал  хорошенько колокола, а потом бросил все и ушел. Несчастный волк, привязанный за хвост  к колоколам , то взлетал, на пятнадцать фунтов вверх, то падал  вниз  и больно ушибался о землю. Так качался он пять минут».

ВОПРОСЫ.

1. Как в физике называется движение, которое совершал «несчастный волк »?
2. Почему качания волка прекратились?
3. Из русской сказки  «Про глупого змея и умного солдата»

«Змей так свистнул – деревья закачались, все листья с них осыпались».

 ВОПРОС. Какие физические явления вы узнаете в этом эпизоде?

 

• Из итальянской сказки «Петрушечка»

« Видит Моргана – девочка убегает со шкатулкой, и кричит  в окно:

- Эй, кухарка, держи девчонку!

- Очень надо! Столько лет я выгребала золу руками, а девчонка пришла и подарила мне метелку…

 - Эй, ворота , держите девчонку!

- Очень надо! Наши ржавые петли скрипели , а девчонка пришла и смазала их салом!

Так Петрушечка и убежала».

Вопросы.

• Назовите тела, упомянутые в этом отрывке, которые могут совершать колебания?

3. 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.

б) Постановка целей и задач.

Переходим к теме урока:

«Исследование   колебаний математического маятника »

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.

 Приступаем к экспериментальной части - проверке ваших предположений.

На столе каждой группы оборудование и инструкции с описанием задания.

На работу 15 минут

4. Физкультминутка

Мы все вместе улыбнемся,

 Подмигнем слегка друг другу,

 Вправо, влево повернемся (повороты влево - вправо)

 И кивнем затем по кругу.

 (наклоны влево-вправо) Все идеи победили,

 Вверх взметнулись наши руки. (поднимают руки вверх - вниз)

 Груз забот с себя стряхнули (встряхнули кистями рук)

И продолжим путь науки. (сели)

5. Проведение физического эксперимента

Цель: научиться определять амплитуду, период  колебаний маятника; убедиться на опыте, что период его колебаний не зависит от амплитуды колебаний и массы груза, но зависит от длины нити.

Оборудование: металлический груз,  нерастяжимая нить, линейка, штатив с муфтой и лапкой, секундомер,

 

а)І группа

 Ход работы 

Исследуйте зависимость периода и частоты колебаний маятника от его амплитуды.

 Для этого:

1.Отклоните маятник длиной 1м на расстояние 2-3 см от положения равновесия и отпустите: измерив, время, за которое маятник выполнит 20 колебаний, определите период  колебаний;

2. Повторите опыт, увеличив амплитуду колебаний до 5-6 см;

3. Результаты измерений и вычислений занесите в табл. 1.

Таблица 1

 

Номер опыта	Длина нити l,м	Амплитуда колебаний А,м	Число колебаний N	Время колебаний t, c	Период колебаний, Т,с
1	1
2	1

 

 

 

 

 

Вывод:

б) ІІ группа

Исследуйте зависимость периода колебаний маятника от его массы.

Для этого:

1.Отклоните маятник, длиной 1м, на расстояние 2-3 см от положения равновесия и отпустите: измерив время, за которое маятник выполнит 20 колебаний, определите период  колебаний;

2.Повторите опыт для тела другой массы, длина нити которого также равна 1 м, а амплитуда колебаний составляет 2-3 см;

3.Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу 2.

Таблица 2

Номер опыта	Длина нити l,м	Масса грузика m,кг	Число колебаний N	Время колебаний t, c	Период колебаний, Т,с
1	1
2	1

 

 

 

 

 

Вывод:

 

в) ІІІ группа

Исследуйте зависимость периода колебаний маятника от длины нити 

Для этого:

1.Отклоните маятник, длиной 1м, на расстояние 2-3 см от положения равновесия и отпустите: измерив время, за которое маятник выполнит 20 колебаний, определите период  колебаний;

2. Повторите опыт, уменьшив длину нити первого маятника до 25 см;

3. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу 3.

Таблица 3

Номер опыта	Длина нити l,м	Число колебаний N	Время колебаний t, c	Период колебаний, Т,с
1	1
2	0,25

 

 

 

 

 

Работа закончена, по 1 человеку от группы выйдите, пожалуйста, и занесите результаты в общую таблицу. (заполняется таблица на доске)

	Номер опыта		Длина нити l,м	Амплитуда колебаний А,м	Масса грузика m,кг	Число колебаний N	Время колебаний t, c	Период колебаний, Т,с
		1
		2
		1
		2
		1
		2

 

6.Анализ результатов эксперимента и их оформление

Давайте проанализируем данные таблицы и сделаем вывод о том, как, и от чего зависят период и частота колебаний математического маятника.

Группы озвучивают свои выводы.

 Все верно. Период  колебаний зависит от длины маятника и не зависит от его массы.

А сейчас сдайте, пожалуйста, инструкции и бланки с экспериментальным заданием.
7. Поиграем

В предлагаемых вам примерах выделите колебательные движения,  и разделите их на 2 группы: свободные, вынужденные и не колебания.    Примеры

• 1.Ребята качаются на каруселях.
• 2. Акробат прыгает на батуте.
• 3. Футболист бьет пенальти.
• 4. Бабочка машет крыльями.
• 5. Движение поршня в работающем двигателе внутреннего сгорания.
• 6. Ветка дерева колышется при ветреной погоде.
• 7. Шарик, подвешенный на нити, после того, как его вывели из равновесия.
• 8. Биение сердца.
• 9. Движение иглы в швейной машине.
• 10. Движение груза, подвешенного на пружине.
• 11. Тряска автомобиля, движущегося по неровной дороге.

ВИД ДВИЖЕНИЙ	НОМЕР ПРИМЕРА
Свободные колебания	7  и 10
Вынужденные колебания	1,2,4,5,6,8,9, 11
Не   колебания	3

 

 

8.Домашнее задание.
Придумать и решить качественную задачу по теме «Механические колебания» или составить кроссворд из 10 слов по данной теме.

 

9. Подведение итогов урока. Рефлексия

Вы прекрасно сегодня работали на уроке, каждый делал это в меру своих сил и способностей. И сейчас попрошу каждого из вас оценить своё отношение к уроку и своё эмоциональное состояние по пятибалльной системе: чем лучше и интереснее вам было во время урока, тем выше балл.  На этом урок окончен.
Всем спасибо!

 

 

 

 

 

 

Раздаточный материал

• Из французской сказки «Волк и лиса»

« Тут лис привязал веревку от колоколов к хвосту  волка, раскачал  хорошенько колокола, а потом бросил все и ушел. Несчастный волк, привязанный за хвост  к колоколам , то взлетал, на пятнадцать фунтов вверх, то падал  вниз  и больно ушибался о землю. Так качался он пять минут».

ВОПРОСЫ.

1. Как в физике называется движение, которое совершал «несчастный волк »?
2. Почему качания волка прекратились?

 

 

 

 

• Из русской сказки  «Про глупого змея и умного солдата»

«Змей так свистнул – деревья закачались, все листья с них осыпались».

 ВОПРОС. Какие физические явления вы узнаете в этом эпизоде?

 

• Из итальянской сказки «Петрушечка»

« Видит Моргана – девочка убегает со шкатулкой, и кричит  в окно:

- Эй, кухарка, держи девчонку!

- Очень надо! Столько лет я выгребала золу руками, а девчонка пришла и подарила мне метелку…

 - Эй, ворота , держите девчонку!

- Очень надо! Наши ржавые петли скрипели , а девчонка пришла и смазала их салом!

Так Петрушечка и убежала».

Вопросы.

Назовите тела, упомянутые в этом отрывке, которые могут совершать колебания?

 

 

 

 

 

 

 

 

І группа

 

«Исследование   колебаний математического маятника »

 Ход работы 

Исследуйте зависимость периода и частоты колебаний маятника от его амплитуды.

 Для этого:

1.Отклоните маятник длиной 1м на расстояние 2-3 см от положения равновесия и отпустите: измерив, время, за которое маятник выполнит 20 колебаний, определите период  колебаний;

2. Повторите опыт, увеличив амплитуду колебаний до 5-6 см;

3. Результаты измерений и вычислений занесите в табл. 1.

Таблица 1

 

Номер опыта	Длина нити l,м	Амплитуда колебаний А,м	Число колебаний N	Время колебаний t, c	Период колебаний, Т,с
1	1
2	1

 

 

 

 

 

Обработка результатов

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

Вывод:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

Работу выполнили:

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

 

 

 

 

 

ІІ группа

 

«Исследование   колебаний математического маятника »

 Ход работы 

Исследуйте зависимость периода колебаний маятника от его массы.

Для этого:

1.Отклоните маятник, длиной 1м, на расстояние 2-3 см от положения равновесия и отпустите: измерив время, за которое маятник выполнит 20 колебаний, определите период  колебаний;

2.Повторите опыт для тела другой массы, длина нити которого также равна 1 м, а амплитуда колебаний составляет 2-3 см;

3.Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу 2.

Таблица 2

Номер опыта	Длина нити l,м	Масса грузика m,кг	Число колебаний N	Время колебаний t, c	Период колебаний, Т,с
1	1
2	1

 

 

 

 

 

Обработка результатов

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

Вывод:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

Работу выполнили:

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

 

 

 

 

ІІІ группа

«Исследование   колебаний математического маятника »

 Ход работы 

 

Исследуйте зависимость периода колебаний маятника от длины нити 

Для этого:

1.Отклоните маятник, длиной 1м, на расстояние 2-3 см от положения равновесия и отпустите: измерив время, за которое маятник выполнит 20 колебаний, определите период  колебаний;

2. Повторите опыт, уменьшив длину нити первого маятника до 25 см;

3. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу 3.

 

 

Таблица 3

Номер опыта	Длина нити l,м	Число колебаний N	Время колебаний t, c	Период колебаний, Т,с
1	1
2	0,25

 

 

 

 

Обработка результатов

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

Вывод:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

Работу выполнили:

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________