Тема уроку: Коливальний рух. Амплітуда коливань. Період коливань. Маятники
Мета уроку: сформувати в учнів поняття коливального руху, з'ясувати
характеристики цього руху (амплітуда, частот а, період),
сформувати поняття математичного та пружинного маятників.
Базові фізичні
поняття: коливальний
рух, амплітуда, період, частота, математичний маятник.
Демонстрації:
Коливальні рухи. Залежність періоду
коливань нитяного маятника від амплітуди. Залежність періоду коливань нитяного
маятника від маси вантажу й від довжини нитки. Залежність періоду коливань
пружинного маятника від амплітуди й від маси вантажу
Обладнання: математичний маятник, пружинний маятник, презентація, інтерактивна дошка
Тип уроку: засвоєння нових знань
Єдиний шлях до знань — це діяльність.
Хід уроку :
I. Організаційний момент
Привітання. Перевірка присутніх
II. Актуалізація опорних знань
«Знайди
помилку»
Наприклад, текст
може бути таким. Учень 8-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.
III.
Мотивація
навчальної діяльності
Погляньте у
вікно, там під дією вітру гілочка рухається. Чи є це механічним рухом? Які
особливості цього руху? (Повторюється.)
Демонструємо коливання
тягарця, що висить на нитці. Чим схожі ці рухи? Які приклади аналогічних рухів
ви можете навести?
Отже, сьогодні ми
з вами вивчимо коливальний рух.
Коливальний рух є одним з найпоширеніших у природі
видів руху, і всі ми його неодноразово спостерігали. Коливаються гойдалка,
гілки й листя дерев на вітрі, струни музичних інструментів і голосові зв’язки
людини, коли видають звуки.
IV. Вивчення нового матеріалу
Якщо тіло штовхнути у вертикальному напрямку, то можна
побачити, що воно рухається вниз-вгору, тобто здійснює коливальний рух.
Якщо ми подивимося на рух вантажу на нитці, то
помітимо, що він буде рухатися від одного крайнього положення до іншого,
проходячи через середню точку й повторюючи свій рух через певний проміжок часу.
Такий рух вантажу також являє приклад механічних коливань.
·
Коливаннями називаються фізичні процеси, що
точно або приблизно повторюються через однакові інтервали часу.
Залежно від фізичної природи
розрізняють механічні й електромагнітні коливання.
·
Механічними коливаннями називаються такі рухи тіл, за яких
через рівні інтервали часу координати тіла, що рухається, його швидкість і
прискорення приймають вихідні значення.
Деякі коливання
ми можемо виявити лише за допомогою спеціальних датчиків. Такими є, наприклад,
коливання будівель, корпусів і деталей машин, літальних апаратів тощо.
Для вивчення
коливального руху розглянемо маятники: пружинний та математичний. (Демонструємо
рух пружинного та математичного маятників.)
Математичний
маятник
Математичним
маятником називають тягарець підвішений на нитці, довжина якої набагато більша
за розміри тягарця, а маса нитки – набагато менша за масу тягарця.
Математичний
маятник має наступні властивості:
-
для малих коливань, тобто коли амплітуда коливань
набагато менша за довжину нитки, період коливань маятника практично не залежить
від амплітуди;
-
період коливань маятника не залежить від маси тягарця;
-
період коливань маятника збільшується із збільшенням
довжини нитки.
Пружинний
маятник
Пружинним
маятником називають тягарець підвішений на пружині, що може здійснювати
вертикальні коливання.
Пружинний
маятник має наступні властивості:
-
період коливань маятника практично не залежить від
амплітуди;
-
період коливань маятника залежить від маси тягарця: що
більша маса, то більший період коливань;
-
період коливань пружинного маятника залежить також від
властивостей пружини.
Отже,
математичний маятник — підвішений до тонкої
нитки вантаж, розміри якого набагато менші від розмірів нитки, а його маса
набагато більша від маси нитки.
Для
характеристики коливального руху вводиться таке поняття, як амплітуда
коливань.
Амплітуда — це
максимальне відхилення тіла від положення рівноваги.
Амплітуду коливань позначають символом А й
вимірюють у метрах (м).
Поспостерігаймо
за коливаннями нашого маятника. Спочатку відхилимо тягарець на більший кут
(орієнтовно 30°), після цього – на маленький (5°). Яка різниця між цими
коливаннями?
Отже, коливання
поділяють на затухаючі та незатухаючі.
Затухаючі
коливання – це коливання з амплітудою, яка зменшується. Чому зменшується
амплітуда коливань? Чим більша сила тертя коливного тіла і середовища, в якому
воно коливається, тим швидше зменшується амплітуда. (Учитель зображує на дошці
графік затухаючого коливання, див. мал.)
Як би ви
запропонували отримати графік коливання? Спробуймо зараз це зробити. Візьмемо
тіло, до нього прикріпимо шматочок олівця, прив'яжемо до тіла нитку так, щоб
графіт олівця торкався поверхні стола. Під дану конструкцію кладемо довгий
аркуш паперу, завширшки трохи більше, ніж подвоєна амплітуда коливань. За
допомогою одного з учнів рівномірно тягнемо папір під час коливання маятника.
На папері залишається слід.
Крім амплітуди,
коливальний рух характеризують період та частота коливань. Спробуйте
аналогічно за означенням обертального руху дати визначення частоти та періоду
коливального руху. (Діти висувають свої гіпотези.)
Коригуємо їхні
версії і робимо висновок, що:
період коливання — тривалість
одного повного коливання;
частота коливань — це кількість
коливань за одиницю часу.
Період
і частота коливань пов’язані співвідношенням:
.
За одиницю частоти приймають частоту коливань, за якої
за 1 с здійснюється одне повне коливання. Ця одиниця називається герцом (Гц).
Ці величини
позначаються такими самими літерами, як і для обертального руху, вимірюються в
таких самих одиницях. Давайте пригадаємо. (Учні називають літерні позначення
величин та перелічують іх одиниці.)
V. Встановлення внутрішньо предметних та між предметних
зв’язків
VI. Узагальнення знань
·
Що таке період і частота коливань? Як вони пов’язані між собою?
·
Назвіть основну одиницю частоти. Що означає твердження: «Тіло коливається
із частотою 3 Гц»?
·
Якими мають бути кулька і нитка, щоб маятник вважався математичним?
·
Як зміниться період коливання маятника, якщо масу кульки зменшити у 2 рази?
збільшити у 2 рази?
·
Де на практиці використовують математичний маятник?
·
Як зміниться період коливання математичного маятника, якщо його довжину збільшити у 4 рази?
·
Що відбудеться, якщо нитку, на якій коливається маятник, скласти вдвічі?
2.
Як зміняться період і частота коливань математичного маятника, якщо довжину
нитки збільшити удвічі?
3.
Як зміняться період і частота коливань пружинного маятника, якщо масу тіла,
прикріпленого до пружини, зменшити?
4.
Скільки разів протягом одного періоду маятник проходить положення рівноваги?
Задачі та
вправи.
1. Виміряйте
свій пульс – частому скорочень серця. Обчисліть період цих скорочень.
2. Тіло зробило
80 повних коливань за 20 с. Чому дорівнюють період і частота коливань?
3. Частота
коливань струни дорівнює 1,5 кГц. Скільки повних коливань робить струна за
4 с?
VII. Підсумки уроку
Інтерактивна вправа
«Мікрофон». Закінчи речення:
Сьогодні на уроці мені сподобалось...
Я зрозумів...
Я дізнався…
VIII. Домашнє завдання
Буду радий бачити Ваші побажання та запитання в коментарях.
Немає коментарів:
Дописати коментар