Урок з фізики 7 клас "Коливальний рух. Амплітуда коливань. Період коливань. Маятники.»

 

 

 

 

 

 

Розробка уроку фізики для учнів 7 класу: «Коливальний рух. Амплітуда коливань. Період коливань. Маятники.»

 

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

                                                                                                                 Р.БІШОП

 

 

Підготувала:

 

Шпілєва О.П.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кривий Ріг – 2015

Тема «Коливальний рух. Амплітуда коливань. Період коливань. Маятники.»

Мета:

• сформувати в учнів поняття коливального руху; вивчити властивості та основні характеристики цього руху (амплітуда, частота, період); сформувати поняття математичного та пружинного маятників;
• розвивати логічне мислення, мовлення учнів, комунікативні навички та інтуїцію;
• виховувати уважність, кмітливість, акуратність, працьовитість, самостійність, дисциплінованість, самокритичність.

 

Тип уроку: урок засвоєння нових знань

Обладнання: математичний маятник, пружинний маятник, комп’ютер, мікрофон.

Єдиний шлях до знань — це діяльність.

Б. Шоу

Хід уроку

 

І. Організаційний момент

Зачитування та аналіз епіграфа уроку, висловлення думок учнів щодо його змісту.

Шановні учні, сьогодні на уроці ви ознайомитися з коливальним рухом.

ІІ Актуалізація опорних знань.

1. Гра «Спіймай помилку!». Учитель читає речення, якщо учні знаходять там помилку, то плескають у долоні, учитель зупиняється й один із учнів виправляє допущену помилку.

Наприклад, текст може бути таким. Учень 7 - го класу Сергій вирішив своєму меншому братові розповісти про механічний рух: «Ось у тебе є машинка, якщо її штовхнути, то вона почне рухатися відносно підлоги. Давай у машинку посадимо ведмедика і знову штовхнемо її – тепер рухається і ведмедик відносно машинки та відносно підлоги. Тепер уважно подивися, по якій лінії він рухається. Лінія називається траєкторією. Якщо ця лінія пряма, то рух називають прямим, якщо буде крива, то рух називають кривим. Тепер покружляймо машинкою по колу. Тут треба знати, що таке період і частота. Період – це кількість коливань за одиницю часу, а частота – час, за який здійснюється одне повне коливання. Ну, ось ти вже й фізик і в школу не треба ходити.

2. Презентація на комп’ютері «Коливальний рух. Амплітуда коливань. Період коливань. Маятники.»

ІІІ. Опорний конспект.

Коливальний рух. Амплітуда, період і частота коливань.

Чи часто ми стикаємося з коливальними рухами? Дуже часто. Коливаються мости, коли по ним походять потяги, частини працюючих механізмів, голосові зв’язки, коли ми розмовляємо, високовольтні дроти під дією вітру, струни на музикальних інструментах. Тобто,  якщо тіло здійснює рухи, що повторюються через однакові проміжки часу і проходить через положення рівноваги, то воно коливається або здійснює коливальні рухи. Іноді коливання корисні, і тоді їх використовують для практичних цілей, іноді – шкідливі, і тоді намагаються їх зменшити або усунути. Декілька прикладів коливальних рухів нам проілюструє

Слайд № 3 – 6 .

Коливання можуть бути механічними, електромагнітними, термодинамічними, хімічними та ін.

Зараз ми будемо розглядати тільки механічні коливання.

Коливальні рухи характеризуються амплітудою, періодом та частотою коливань.

Амплітудою називають максимальне зміщення тіла відносно положення рівноваги. Вимірюється амплітуда в одиницях довжини – метрах, сантиметрах і т.д.

Періодом коливання називають проміжок часу, за який тіло здійснює повне коливання. Вимірюється період коливання в одиницях часу – хвилинах, секундах і т.п.

Частотою коливань називають кількість коливань в одиницю часу (секунду). Одиниця частоті названа герцем (Гц) на честь німецького фізика. Якщо частота коливань дорівнює 1 Гц, то це означає, що за кожну секунду тіло робить одне коливання. Частота – це величина протилежна періоду.

Слайд № 8, 12 – 14.

В процесі коливань положення тіла постійно змінюється. Графік залежності координати тіла, що коливається, від часу, називається графіком коливань. По горизонтальній вісі на цьому графіку відкладається час t, а по вертикальній координату х. Цей графік показує, на якій відстані знаходиться тіло, що коливається, від положення рівноваги в даний момент часу. При переході тіла через положення рівноваги, знак координати змінюється на протилежний.                          Мал. 4 Графік коливань

Контролюючий блок 1

•                  1.  Що таке коливальний рух?
•                  2.  Наведіть приклади коливальних рухів.
•                  3.  Що таке амплітуда коливань?
•                  4.  Що таке період коливань?
•                  5.  Що таке частота коливань?

Маятники. Математичний маятник.

Розглянемо коливальний рух на прикладі двох найпростіших маятників – нитяного та пружинного.

Нитяний маятник – це кулька, що прикріплена до тонкої, легкої ниті. Якщо цю кульку змістити в бік від положення рівноваги та відпустити, то вона почне коливатися, тобто здійснювати рухи, що повторюються, періодично проходячи через положення рівноваги.                            Мал. 5 Нитяний маятник

Проведемо невеликий опит. Будемо поступово збільшувати довжину нитки маятника. Що буде відбуватися з періодом та частотою коливань?  Збільшується період коливань, тобто треба більше часу, щоб маятник здійснив повне коливання, відповідно зменшується частота, тобто за 1с  тіло робить меншу кількість коливань.

Пружинний маятник являє собою тіло, причеплене до пружини, що може коливатися під дією сили пружності пружини.

Проведемо аналогічний опит і з цим маятником, тільки будемо збільшувати вагу кульки.  Що ж буде  відбуватися з періодом та частотою коливань цього маятника? Період коливань збільшиться, а частота зменшиться.

Тобто виходячи з цих опитів, ми можемо стверджувати, що період і частота коливань – величині взаємно зворотні.

А що ж називають математичним маятником?

Мал. 6 Пружинний маятник

Математичний маятник – це нитяний маятник, маса тіла якого набагато більше ниті, а нить набагато більша за розмірами, ніж тіло, при цьому тіло є матеріальною точкою, в нить невагома.

Використовуючи всі отримані сьогодні знання, давайте розв’яжемо завдання: визначимо частоту і період коливань, якщо за 4 с маятник робить 8 коливань.

Частота буде дорівнювати 8/4= 2 Гц

Період коливань буде дорівнювати 4/8=0,5 с

Контролюючий блок 2

•                  1.  Що таке нитяний маятник?
•                  2.  Що таке пружинний маятник?
•                  3.  Як залежить частота та період коливань від довжини ниті нитяного маятника?
•                  4.  Як залежить частота та період коливань від ваги тіла пружинного маятника?
•                  5.  Що таке математичний маятник?
•                  6.  Визначте період та частоту коливань, якщо за 10с маятник робить 24 коливання.

ІV. Повторення і систематизація знань учнів.

1.               Серце одне з найбільш досконалих коливальних систем. У різних тварин воно скорочується по-різному. У кита, наприклад, 7 скорочень за 1 хвилину, а у синички – 1200 скорочень за той же час. Порівняйте частоту пульсу кита та синички.

Розв’язування.                

 Дано:        СІ            ; ;

   t = 1 хв.;     60 с           

 N_к = 7;                                      

N_c =1200                               

ν_к - ? ν_с - ?      

 

Відповідь: частота пульсу синички 20 Гц, а кита – 0,12  Гц; серце синички скорочується в 167 разів швидше, ніж у кита.                 

2.               Тягарець, що коливається на пружині, за 8 с здійснив 32 коливання. Визначити період та частоту коливань.

Розв’язування.                               

    Дано:                ;

    t = 8 с;              

    N = 32                        

T - ?  ν - ?

 

Відповідь: 250 мс; 4 Гц.

 

3.               Частота коливань крилець комара 600 Гц, а період коливань джмеля 5 мс. Яка к комах і на скільки більше здійснить помахів крильцями за 1 хв. польоту?

Розв’язування.                  

Дано:            СІ         ;          

t = 1 хв.;       60 с       ;      

ν_к = 600 Гц;                                       

T_дж = 5 мс     0,05 с                                                                                    

N_к - ? N_дж - ?

N - ?                            

 

Відповідь: комар здійснить за 1 хв. 36.000 коливань, що на 24.000 коливань більше, ніж їх здійснить джміль за цей же час.

 

4.               Амплітуда коливань маятника становить 2 см. Який шлях проходить тіло за три періоди коливання?

Розв’язування. 

Дано:               СІ         Одне повне коливання маятника – це 4 коливання  

А = 2 см;       0,02 м     за один період. Маятник здійснив  N_к коливань.  

N = 3;                           Отже, отримуємо формулу для обчислень:

- ?                                       .

                                    Підставляємо числові дані задачі і обчислюємо:

                                             .                        

Відповідь: 0,24 м.

 

5.               Амплітуда незатухаючих коливань точки струни 1 мм, а частота 1 кГц. Який шлях пройде точка за 0,2 с?

Розв’язування.                  

Дано:     СІ           

А = 1 мм;   0,001 м   За одне повне коливання точка струни пройде шлях L₁=4А.

ν = 1 кГц;   1000 Гц  Знайдемо кількість коливань за визначений час: ; .

t=0,2 с                       Отже, шуканий час дорівнює: .

  - ?                        Перевіряємо одиниці вимірювань: .

   Обчислюємо:  

   Відповідь: 0,8 м.

6) Яка швидкість руху автомобіля, якщо його колеса радіусом 30 см роблять 10 обертів за 1 с?

(υ = 2πRν = 2∙3,14∙0,3∙ = 18, 84 м/с)

7) До ободу колеса велосипеда приліпилася грудка глини. Скільки разів за 10 хв руху велосипедиста зі швидкістю 22,6 км/год ця грудка торкнеться дороги, якщо радіус колеса 30 см? (≈ 2000)

 

V. Підсумки уроку.

Інтерактивна вправа «Мікрофон». Закінчи речення:

Сьогодні на уроці мені сподобалось...

Я зрозумів...

Я дізнався…

Виставлення позитивних оцінок, аналіз активізації взаємодій учнів, наскільки були рівноправними учень і вчитель у взаємо навчанні, наскільки учні розуміли, що вони роблять, що розв’язували задачі не для запам’ятовування, а для формування звички  міркувати, пояснювати, шукати раціональні шляхи розв’язання життєвих проблем.

VІ. Домашнє завдання

• 1.  Зробити таблицю основних понять та формул, що характеризують коливальний рух (Одна колонка поняття, одиниці виміру, інша – формула).
• 2.  Наведіть 10 прикладів коливальних рухів.
• 3.  Вирішити задачу: Визначити період коливань, якщо за 6с маятник робить 30 коливань.
• 4.  Вирішити задачу: визначити частоту коливань, якщо за 20с маятник робить 80 коливань.

VІІ. Цікаво знати

В другій половині 19ст. відомий французький вчений Фуко побудував маятник, за допомогою якого можна переконатися, що Земля обертається.  Це відбулося в Парижському Пантеоні. Під його куполом він підвісив металевий шар, вагою 28 кг з закріпленим на ньому вістрям на сталевій проволоці довжиною 67 м. Кріплення маятника дозволило його вільно коливатися у всіх напрямках. Під точкою кріплення було зроблено кругове огородження діаметром 6м, по краю огородження була насипана пісочна доріжка так, щоб маятник при своєму русі міг при її перетинання прочерчувати на піску відмітки. Період коливань маятника при такій довжині підвісу склав 16,4 секунд, при кожному коливання відхилення від попереднього перетину пісочної доріжки складало приблизно 3мм, за годину площина коливань маятника повернулася більш ніж на 11º по годинниковій стрілці, тобто приблизно за 32 години здійснила повний поворот та повернулося в попереднє положення.

Дію цього маятнику добре проілюструє Слайд № 15- 17.  

Також за допомогою маятника обирають місце для закладення розвідувальної свердловини. Тяжіння важких мас збільшує силу тяжіння. Тому маятник, що знаходиться на земній поверхні над скупченням важких руд, коливається швидше, ніж в інших місцях.

Це один із багатьох прикладів корисного використання маятника.