Тема: «Колебания»

Урок в 11 классе с использованием НИТ (31.10.2008)

Тема: «Колебания».

Цель: обобщить и систематизировать, проверить знания учащихся и выяснить степень усвоения материала по данной теме.

Задачи: показать универсальность основных закономерностей колебательных процессов для колебаний любой физической природы, убедиться в единстве законов физики, увидеть единую картину мира, в которой колебания занимают очень большое место.

Тип урока: обобщающий

Оборудование: математический маятник, метроном, компьютер, телевизор, видеомагнитофон, дидактические пособия для самостоятельной работы.

(видео 1 и музыка «Природа»), учитель читает стихотворение

Рожденный пустыней колеблется звук,

Колеблется синий на нитке паук,

Колеблется воздух - прозрачен и чист,

В сияющих звездах колеблется лист

(Н. Заболотский)

Доброе утро! Как вы догадались, мы продолжаем тему «колебания». Сегодня на уроке мы обобщим и систематизируем полученные ранее знания, дадим сравнительную характеристику механических колебаний, которые мы легко наблюдаем и ЭМК, наблюдать которые можно только с помощью осциллографа (видео 2). Еще раз убедимся в единстве законов физики, увидим единую картину мира, в которой колебания занимают очень большое место.

Итак: КОЛЕБАНИЯ –это…(Уч-к: повторяющиеся во времени изменения колебательной системы)

Например… Уч - к: механические (показ маятника и метронома)повторяющиеся отклонения в ту и другую сторону; ЭМК (осциллограф приложение2)периодические изменения во времени заряда, силы тока и напряжения.

Колебания почти всегда связаны с периодическими изменениями энергии одного вида в другой: механич. Уч-к:Wk→Wp→…

ЭМК : Уч-к:Wэ→Wм→… (графики изменения энергии на ПК из Л. Р.приложение 4)

Колебания различной физической природы имеют много общих закономерностей: на примере «.».». математического и пружинного маятников, а так же RCL - контура проследим это: (У-к на доске заполняет таблицу, а класс отслеживает это по своим таблицам лист №1 см. прилож.)

Вопрос	- ответ	математический и пруж. маятники	RCL - контур
Какие бывают колебания:	свободные и вынужденные
словия выполнения свободных колебаний	- выведение системы из положения равновесия - наличие внутренних сил, возвр….	отклонение маятника	зарядка конденсатора
величины, характеризующие колебания: период T частота колебаний √ циклическая частота w		√=; v=; w= w=	; v= w=

Колебания листочка не всегда подчиняются гармоническим законам, но колебания маятника или RCL- контура – гармонические

(выходит другой уч-к к доске)

Уравнения колебаний X(t)?q(t)?		X(t) )= x mCosw0t	q(t) =q mCosw0t
X/(t)? q/(t)?		v(t ) )= vmCos(w0t+)	i(t) = I mCos(w0t+)
X//(t)? q//(t)?		a(t)= a mCos(w0t+)	u(t)=.U mCos(w0t+

Вы уже заметили, что между гармоническими колебаниями различной природы существует глубокая математическая закономерность. (табл №1 см. прилож. таблицы)

Какие конкретные аналогии мы видим?

X q

V= X/ i= q/(t)

a= X// esi/L= I /= q //(t)

m L

k 1/C

Fупр=kx U= q

p=mv Ф=Li

Сравните теперь графики гармонических колебаний – еще одно подтверждение общего математического механизма (лист1см. прилож. табл.)

Но это графики незатухающих колебаний, а в природе чаще можно встретить…..(диск 2.2.3 прилож.№3)

Причина этого?… У-к: трение µ активное сопротивление Ra

Выход из этого?.. У-к: АКС – это системы в которых поддерживаются вынужденные колебания,

примеры: голосовые связки, органные трубы в мех. к. и ГВЧК (источник переменного тока) в ЭМК.

В АКС будут совершаться вынужденные колебания только при условии совпадения w 0=wв. с., а это?... У-К: РЕЗОНАНС (диск 2.3.4 прилож.№3)

А теперь проверим как вы выучили теорию (лист№2 прил.). Возьмите тест т ответьте на вопросы. Через 5 минут проверим (обмен с соседом, ответы на тест на доске).

Решая задачи на колебания вы, наверное, уже заметили общие черты в методах подхода – алгоритм? Сформулируем его окончательно. (на экране алгоритм решения задач) (лист№3 прилож.)

Проговариваем основное. А теперь проверим как вы умеете применять это на практике. (лист №4 прилож.). Решаем на том же листочке 10-15 мин.

Я благодарю всех за работу, окончательные итоги подведем на следующем уроке по результатам контрольного задания. Сдайте листки с ответами и записывайте домашнее задание (Д/З: сб. задач УГНТУ стр. 233 №19,21,22,16 и стр.237 № 3,9)

Приложения к уроку.

1.  Видеофрагмент «Времена года», Ридерз Дайджес;(видео 1)

2.  Видеофрагмент работы осциллографа; лабораторные работы по физике 10 класс;

3.  Открытая физика. Версия 2,5, часть 1 и 2, под редакцией МФТИ , Физикон;

4.  , Курс физики XXI века для школьников и абитуриентов, часть 2, Термодинамика и электродинамика. Медиахауз;

5.  1С: Школа «Физика», библиотека пособий 7-11 класс, Дрофа FORMOZA;

6.  Лабораторное оборудование: математический маятник, метроном;

7.  Приложения в таблицах (см. далее)

ПРИЛОЖЕНИЯ таблицы и листы

Таблица 1.

лист №1

Лист №2

Лист №3

Алгоритм

решения задач по теме «Колебания».

При решении задач на тему «механические колебания»

рекомендуется:

Записать заданное в задаче уравнение и уравнение гармонических колебаний в общем виде, сопоставить эти уравнения и определить основные характеристики (смещение, амплитуду, период, частоту, фазу) в соответствии с условием задачи. Скорость и ускорение материальной точки при гармонических колебаниях, а так же максимальное значение этих величин, определяют из уравнения гармонических колебаний, параметры которого соответствуют данным задачи. Период колебаний определяется по формуле , в разных ситуациях по формулам периода колебаний математического и пружинного маятника. Пользоваться законом сохранения и превращения энергии в задачах о математических пружинах и маятниках.

При решении задач на тему «электромагнитные колебания»

рекомендуется:

При рассмотрении процессов, происходящих в колебательном контуре, использовать закон сохранения и превращения энергии, а так же общий подход, применяемый при решении задач на гармонические колебания. Учесть, что переменный ток – вынужденные электромагнитные колебания, для которых применимы те же характеристики, что и для механических колебаний. Помнить, что электромагнитные волны распространяются в вакууме со скоростью света.

Лист №4 Задания для самостоятельного решения.

Вариант 1.

Сила тока в колебательном контур, содержащем катушку индуктивности 10мГц, меняется по закону: . Найдите: амплитудное значение силы тока; период, частоту и циклическую частоту колебаний; амплитудное значение заряда и напряжения на конденсаторе; напишите уравнение зависимости заряда и напряжения на обкладках конденсатора от времени:

q = q (t), u = u (t).

Как изменится циклическая частота, если в колебательном контуре заменят конденсатор на другой меньшей в 36 раз емкостью?

Вариант 2.

Заряд на обкладках конденсатора колебательного контура, содержащего катушку индуктивности 0,01Гц меняется по закону q=2*10-6cos(104 Пt) Кл. Найдите амплитуду колебаний заряда qm; период и частоту колебаний. Запишите уравнение зависимости напряжения на конденсаторе от времени и силы тока в контуре от времени u= u(t), i= i(t).

Как изменится период колебаний в идеальном колебательном контуре, если емкость конденсатора уменьшится в 9 раз?

Вариант 3.

Сила тока в колебательном контур, содержащем катушку индуктивности 5мГц, меняется по закону: i=0,25sin50Пt. амплитудное значение силы тока; период, частоту и циклическую частоту колебаний; амплитудное значение заряда и напряжения на конденсаторе; напишите уравнение зависимости заряда и напряжения на обкладках конденсатора от времени: q = q (t), u = u (t).

Как изменится циклическая частота, если в колебательном контуре заменят конденсатор на другой меньшей в 16 раз емкостью?

Вариант 4.

Напряжение на обкладках конденсатора колебательного контура, содержащего катушку индуктивности 0,01Гц меняется по закону u=20cos105Пt. Найдите амплитуду колебаний напряжения; период и частоту колебаний. Запишите уравнение зависимости заряда на конденсаторе от времени и силы тока в контуре от времени q= q(t), i= i(t).

Как изменится период колебаний в идеальном колебательном контуре, если индуктивность катушки увеличится в 9 раз?