Урок по физике в 11классе

Урок по физике в 11классе

Блок: «Механические колебания».

Тема урока: «Динамика механических колебаний».

Задачи урока:

создание условий для раскрытия индивидуальности одаренных школьников, имеющих повышенную мотивацию к учению, привитие интереса к физике у «трудных» школьников, предоставление возможности ученикам проявить себя в творческой деятельности при рассмотрении вопросов и тем из школьного курса физики посредством создания презентаций к уроку, привлечение учеников  к активной форме учебной деятельности.

Цели урока:

образовательные:

вывести кинематические уравнения, описывающие гармонические колебания; формулу периода колебаний математического и физического маятника; познакомить учащихся с применением законов динамики в колебательных процессах; рассмотреть механические гармонические колебания с энергетической точки зрения; раскрыть физический смысл понятий: «фаза колебания», « начальная фаза», «сдвиг фаз».

развивающие:

создать условия для развития мышления учащихся; развивать наблюдательность; способствовать развитию умения самостоятельной работы с учебником, ИК, интерактивной доской, Интернет-сетью.

воспитательные:

воспитывать желание расширять кругозор,  соблюдать учебную дисциплину, проявлять коммуникабельность, желание сотрудничать.

Тип урока: комбинированный урок изучения нового материала.

Форма урока: эвристическая беседа с элементами поисковой деятельности.

Оборудование: учебник “Физика-11класс” , , тестовое задание, слайды, нитяной пружинный маятники, ИК, интерактивная доска,  электронные цифровые носители информации по теме урока, презентация ученика к уроку.

ЗУН:

Знать: уравнение движения математического маятника, гармонические колебания, период и частоту гармонических колебаний, фазу колебания, сдвиг фаз, превращение энергии при гармонических колебаниях.

Уметь: давать определения физических величин, записывать формулы периода и частоты гармонических колебаний, фазы колебания, представлять гармонические колебания с помощью косинуса и синуса, рисовать графики колебательных процессов, формулы энергии математического и физического маятников.

Навыки: получения информации о гармоническом колебании по рисунку, пользование ИК, интерактивной доской, учебником, дополнительными информационными ресурсами Интернета, применение знаний в решении учебных задач.

План урока:

Организационный момент. Положительный настрой на изучение темы – 2 минуты. Актуализация знаний. Проверить исходный уровень знаний по пройденной теме – 6 минут. Изучение нового материала. Рассмотреть динамику свободных  и вынужденных колебаний – 15 минут. Физкультминутка (для глаз) – 1 минута. Закрепление изученного материала – 15 минут.  Домашнее задание – 1 минута. Рефлексия – 4 минуты. Итоги – 1 минута. 

Ход урока.

1.Организационный момент. (Слайд 1 с эпиграфом)

Здравствуйте, ребята и уважаемые гости. Я рада приветствовать вас на уроке физики.

Учитель читает эпиграф:

  «Науку все глубже постигнуть стремись,

Познанием Вечного жаждой тянись.

Лишь первых познаний блеснет тебе свет,

Узнаешь: предела для знания нет».

  ()

Мотивация  и целеполагание:

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, пульсируют звезды (будто дышат), а возможно и вся Вселенная, колеблются атомы в узлах кристаллической решетки.

Их объединяют одни и те же  законы природы: законы колебательного движения.        

Наука может ответить на многие вопросы человечества, поможет понять и осмыслить, внедрить знания  в практическую деятельность астронома, врача, инженера, музыканта, биолога.

И мы сегодня продолжим изучение этой интересной темы, узнаем много нового гармонических колебаниях.

Вспомним знания  прошлого урока, на котором мы познакомились с кинематическими характеристиками механических колебаний.

2. Актуализация знаний..

1) Слайд с кроссвордом  «Колебания». Учащимся  прелагается отгадать  кроссворд.

4
2
1	1
	2
		3
	3
		4
		5
6
7

Вопросы	Ответы
По вертикали: 1. Максимальное положение смещения точки от положения равновесия. Вид механической энергии. Время одного полного колебания. Греческая буква, обозначающая частоту колкбаний.	1.Амплитуда. 2.Потенциальная. 3.Период. 4.Омега.
По горизонтали: 1. Колебания, совершаемые по закону синуса. 2. Отклонение точки от положения равновесия 3. Частота колебаний. 4. Величина пропорциональная смещению. 5. Величина, от которой зависит кинетическая энергия колеблющейся точки 6. Величина, от которой зависит состояние колеблющейся точки. 7. Вид механической энергии.	Гармонические. Смещение. Циклическая. Ускорение. Скорость Фаза Кинетическая.

Если отгадано не всё, то в конце урока дописывается нужное слово после изучения темы урока.

2) Слайд  График гармонического колебания.

Задание:

- По графику определить основные кинематические характеристики колебательного движения, дать им определения.

Получить уравнение зависимости х от t (по графику). Записать уравнение на интерактивной доске.

*Перестроить график: из синусоиды в косинусоиду, записать уравнение колебательного движения.

Учащиеся в тетрадях выполняют работу, один у интерактивной доски, одновременно даются определения величинам.

3. Изучение нового материала.

Записываем тему урока:

«Динамика механических колебаний”.

Известный ученый говорил, что если посмотреть историю физики, то можно увидеть, что главные открытия были связаны по существу с колебаниями.

И нам тоже сегодня предстоят открытия.

Цель нашего урока – проанализировать причины и основные закономерности свободных колебаний и явление резонанса.

Вам известно из курса 9 класса, что в механике выполняются законы сохранения энергии в физических процессах на примере физического маятника.

Маятник демонстрируется на столе учителя.

Анализ этих примеров мы будем проводить по общему плану( план записан на доске):

1) определение колебательной системы;

2) формулировка упрощающих предположений;

3) составление уравнения движения;

4) выяснение причин колебаний;

5) определение периода колебания.

Включается мультимедийный фильм «Колебания пружинного маятника». Пример 1.

Физический маятник (Слайд 3).

Ответы по плану:

1) Колебательная система в этом случае представляет собой совокупность некоторого тела и прикрепленной к нему пружины. Вертикальный и горизонтальный маятники.

2) Прежде, чем приступить к выводу уравнения движения математического маятника, примем два упрощающих условия:

- силы трения должны быть малы, и потому их можно не учитывать;

- будем рассматривать лишь малые колебания маятника с небольшим смещением.

3) По второму закону Ньютона произведение массы тела на его ускорение равно сумме всех сил приложенных к телу. Этих сил в данном случае две: сила упругости пружины и сила тяжести. Поэтому уравнение движения маятника принимает вид: ma=Т-mg, Перепишем уравнение в проекциях на ось ОХ. Имеем:  Таким образом ma= - кх. Отсюда

a =-кх/m  уравнение движения физического маятника. Оно читается так:ускорение тела прямо пропорционально его координате, взятой с противоположным знаком. 

4) Для установления причин свободных колебаний пружинного маятника рассмотрим

процесс колебания более подробно (Cлайд ).

3

Причинами свободных колебаний пружинного маятника являются:

-действие на тело силы упругости, пропорциональной смещению тела от положения равновесия и направленной к этому положению;

-инертность колеблющегося тела, благодаря которой оно не останавливается в положении равновесия, а продолжает двигаться в прежнем направлении.

5)Из уравнения a =-кх/m  получим формулу периода колебаний физического маятника. Для этого обозначим кx/m = щІ.

a = - кх/m  щІ= 2п/Т  4пІ/ТІ = k/m откуда Т=2п√m/k  - формула периода колебаний.

Период колебаний зависит прямо пропорционально от массы груза и обратно пропорционально от жёсткости пружины.

Полученное выражение позволяет найти массу тела, если известны период и жесткость. Такой способ определения массы может быть использован в состоянии невесомости, когда обычные весы непригодны.

Устали? Тогда я предлагаю отвлечься на небольшую историческую паузу (Выступление уч-ся, слайд).

Математический маятник.

Демонстрируются колебания математического маятника.

Ответы по плану.

1) Математический маятник – это материальная точка, подвешенная на невесомой и нерастяжимой нити, находящейся в поле тяжести Земли. Идеальный и реальный маятники.

2) Прежде, чем приступить к выводу уравнения движения математического маятника, примем два упрощающих условия:

- силы трения должны быть малы, и потому их можно не учитывать;

- будем рассматривать лишь малые колебания маятника с небольшим углом размаха.

3) Уравнение движения получим используя закон сохранения механической энергии.

Wo=Wk+W p

a=  v І/l  l-длина нити (радиус вращения)

Используя точки наибольшего подъма груза и точку равновестного положения, которое он проходит с максимальной скоростью, запишем  mgh+O = O+mvІ/2.Откуда  vІ=2gh.

тогда  a = 2gh /l  величина  h /l  мала, ей можно пренебречь, учитывая, что sinц=x/l  получим  a = - gx /l  Обозначим  g /l  =щІ 

31

получим a= - щІх  - уравнение колебательного движения. 

Читается уравнение так: проекция ускорения тела пропорциональна координате тела, взятой с противоположным знаком

4)Причинами свободных колебаний математического маятника являются:

- действие на маятник силы упругости и силы тяжести, препятствующей его смещению из положения равновесия и заставляющей его снова опускаться;

- инертность маятника, благодаря которой он, сохраняя свою скорость, не останавливается в положении равновесия, а продолжает движение.

5) Для нахождения периода свободных колебаний математического маятника воспользуемся формулой щ=2п/Т.  (Слайд)

щІ =g /l  4пІ/ТІ= g /l  , т. е.  Т= 2п√l/g  - формула периода колебаний математического маятника.

Понаблюдаем за колебательными движениями  нитяного маятника.

Включается мультимедийный фильм «Колебания нитяного маятника»

Фаза колебания

.Мультимедийная установка. Слайд.

Вопрос: Чем схожи и чем различаются показанные здесь графики?

Идет обсуждение.

Задание:

Прочитайте в учебнике определение фазы колебания  стр.67. Запишем в тетради:

Фаза определяет при заданной амплитуде состояние колебательной системы в любой момент времени.

Любому значению времени, выраженному в долях периода, соответствует значение фазы, выраженное в радианах

ц=юt=2пt/T; х = Аsin( юt +ц); х = Аsin( юt +90);

Определите начальную фазу, сдвиг фаз.

Резонанс. Вынужденные колебания.

Демонстрация резонанса нитяных маятников на демонстрационном столе учителя.

Условие возникновения резонанса: совпадение частоты собственных и вынужденных колебаний. Обсуждение графиков. Слайд.

Физкультминутка для глаз. Закрепление  и самопроверка изученного материала.

Допишите слова, пропущенные в кроссворде. Всё отгадали? Молодцы!

Тестовое задание.

Самопроверка. Варианты правильных ответов на слайде

Задание: по количеству правильных ответов поставьте себе оценку.

Каждое правильно выполненное задание оценивается 1 балл.

Предлагаю поднять руки учащимся, получившим те или иные оценки.1 вариант        

1. Как изменится период колебаний математического маятника, если амплитуду его колебаний уменьшить в 2 раза? Трение отсутствует.

1)Уменьшится в 1,4 раза.

2) Увеличится в 1,4 раза.

3) Уменьшится в 2 раза.

4) Увеличится в 2 раза.

5) Не изменится.

2. Как изменится период колебаний математического маятника, если длину нити увеличить в 1,5 раза? Укажите число наиболее близкое к ответу.

1) Уменьшится в 1,2 раза.

2) Увеличится в 1,2 раза.

3) Уменьшится в 1,4 раза.

4) Увеличится в 1,4 раза.

5) Уменьшится в 1,5 раза.

6) Увеличится в 1,5 раза.

3. Груз, прикреплённый к пружине, совершает гармонические колебания в горизонтальной плоскости. Как изменится период колебаний, если массу груза и жёсткость пружины увеличить в 2 раза?

1) Уменьшится в 4 раза.

2) Увеличится в 4 раза.

3) Уменьшится в 2 раза.

4) Увеличится в 2 раза.

5) Не изменится.

При гармонических колебаниях пружинного маятника груз проходит путь от правого крайнего положения до положения равновесия за 0,7 с. Каков период колебаний маятника?

33

1) 0,7 с.

2) 1,4 с.

3) 2,1 с.

4) 2,8 с.

5) 3,5 с.

5. При гармонических колебаниях пружинного маятника с периодом 1с и амплитудой 12 см тело достигло минимальной скорости. Чему равна в этот момент координата тела?

1) Только 0 см.

2) Только 12 см.

3) Только - 12 см.

4) 12 см или –12 см.

5) Среди ответов 1-4 нет правильного ответа.        1. Пружинный маятник совершает гармонические колебания с амплитудой 20 см. Как изменится период колебаний этого маятника при уменьшении амплитуды колебаний до 10 см? Трение отсутствует.

Открываю правильные ответы на доске.

Предлагаю поднять руки учащимся, получившим те или иные оценки. Оценки быстро считают ученики - консультанты.

6 Домашнее задание: подготовить краткий конспект в тетрадях П 21-25

7 Рефлексия.

Презентация ученика «Механические колебания».  Работа выполнена учеником по желанию с опережением темы.

8. Итоги урока. Оценки за урок.

Физик видит то, что видят все люди: предметы и явления. Он, так же как все восхищается красотой и величием мира, но за этой, всем доступной красотой, ему открывается еще одна: красота закономерностей в бесконечном разнообразии вещей и событий. Физику доступна редкая радость – понимать Природу и даже беседовать с ней на её языке.

Урок окончен. Всего доброго!

Литераура:

Примерная Программа по физике Министерства образования и науки РФ.

Стандарт образованиясредней школы по физике.

Учебник Физика11 класс , Москва «Просвещение»2007.