Методический электронный образовательный центр Министерства образования Оренбургской области и Оренбургского государственного университета
Методический электронный образовательный центр Министерства образования Оренбургской области и Оренбургского государственного университета
Название предмета - физика
Класс - 9
УМК (название учебника, автор, год издания) - Физика. 9 кл.: учебник/ А.В. Перышкин, Е.М. Гутник. - М.: Дрофа, 2014.
Уровень обучения (базовый, углубленный, профильный) - базовый
Тема урока -Колебательное движение. Свободные колебания.
Общее количество часов, отведенное на изучение темы - 1
Место урока в системе уроков по теме - 24/1
Цель урока – сформировать у учащихся представление о колебательном движении, колебательной системе, свободных колебаниях и условиях их существования; рассмотреть колебания на примере математического и пружинного маятников.
Задачи урока -
Развивать у учащихся навыки к анализу и построению логических умозаключений на примере колебательного движения.
Воспитывать аккуратность, бережное отношение к оборудованию кабинета, умения слушать и быть услышанным.
Учить работать в группе, формировать коммуникативные компетенции учащихся.
Планируемые результаты -
—Определять колебательное движение по его признакам;
—приводить примеры колебаний;
—описывать динамику свободных колебаний пружинного и математического маятников;
—измерять жесткость пружины или резинового шнура.
Техническое обеспечение урока - компьютер, мультимедийный проектор. Лабораторное оборудование - штативы, груз на длинной нити, груз на пружине.
Дополнительное методическое и дидактическое обеспечение урока (возможны ссылки на интернет-ресурсы) – презентация к уроку с диска «Физика 9 класс» от VIDEOUROKI.NET https://videouroki.net/look/diski/fizika9/index.html
Содержание урока
1. Организационный этап
1. Взаимное приветствие учителя и обучающихся; проверка отсутствующих по журналу.
2. Актуализация субъектного опыта обучающихся
Анализ контрольной работы №1
3. Изучение новых знаний и способов деятельности (работа со слайдами презентации)
Тема нашего сегодняшнего урока звучит следующим образом: «Колебательное движение. Свободные колебания. Колебательные системы. Маятник»
Рожденный пустыней,
Колеблется звук,
Колеблется синий
На нитке паук.
Колеблется воздух,
Прозрачен и чист,
В сияющих звездах
Колеблется лист.
Николай Алексеевич Заболоцкий
С одним из видов неравномерного движения — равноускоренным — вы уже знакомы.
Рассмотрим еще один вид неравномерного движения — колебательное.
Колебательные движения широко распространены в окружающей нас жизни. Примерами колебаний могут служить: движение иглы швейной машины, качелей, маятника часов, вагона на рессорах, работа сердечной мышцы, колебания дерева на ветру, крыльев птиц, насекомых и многих других тел.
На рисунке изображены тела, которые могут совершать колебательные движения, если их вывести из положения равновесия.
В движении этих тел можно найти много различий. Например, шарик на нити движется криволинейно, а цилиндр на пружине — прямолинейно; верхний конец линейки колеблется с большим размахом, чем средняя точка струны.
Но при всем разнообразии этих движений у них есть важная общая черта: через определенный промежуток времени движение любого тела повторяется.
Движение, при котором состояния тела с течением времени повторяются, причем тело проходит через положение устойчивого равновесия поочередно в противоположных направлениях, называют механическим колебательным движением.
Действительно, если, например, стрелку метронома отвести от положения равновесия и отпустить, то она, пройдя через положение равновесия, отклонится в противоположную сторону, остановится, а затем вернется к месту начала движения. За этим колебанием последует второе, третье и т. д., похожие на первое.
Если состояния движения тела повторяются через определенные промежутки времени, то колебания называются периодическими.
Таким образом, основным признаком, по которому можно отличить колебательное движение от других видов движения, является периодичность.
Остановимся более подробно на колебаниях.
Рассмотрим шарик прикрепленный к пружине (другой конец которой прикреплен к вертикальной стойке). Шарик может свободно скользить, т. е. силы трения настолько малы, что не оказывают существенного влияния на его движение. Когда шарик находится в точке О, пружина не деформирована, поэтому никакие силы в горизонтальном направлении на него не действуют. Точка О — положение равновесия шарика.
Переместим шарик в точку В. Пружина при этом растянется, и в ней возникнет сила упругости. По закону Гука эта сила пропорциональна смещению (т. е. отклонению шарика от положения равновесия) и направлена противоположно ему. Значит, при смещении шарика вправо действующая на него сила направлена влево, к положению равновесия.
Если отпустить шарик, то под действием силы упругости он начнет ускоренно перемещаться влево, к точке О. Направление силы упругости и вызванного ею ускорения будет совпадать с направлением скорости шарика, поэтому по мере, приближения шарика к точке О его скорость будет все время возрастать. При этом сила упругости с уменьшением деформации пружины будет уменьшаться.
Известно, что любое тело обладает свойством сохранять свою скорость, если на него не действуют силы или если равнодействующая сил равна нулю. Поэтому, дойдя до положения равновесия, где сила упругости станет равна нулю, шарик не остановится, а будет продолжать двигаться влево.
При его движении от точки О к точке А пружина будет сжиматься. В ней снова возникнет сила упругости, которая и в этом случае будет направлена к
положению равновесия.
Поскольку сила упругости направлена против скорости движения шарика, то она тормозит его движение. В результате в точке А шарик остановится. Сила упругости, направленная к точке О, будет продолжать действовать, поэтому шарик вновь придет в движение и на участке АО его скорость будет возрастать.
Движение шарика от точки О к точке В снова приведет к растяжению пружины, вследствие чего опять возникнет сила упругости, направленная к положению равновесия и замедляющая движение шарика до полной его остановки. Таким образом, шарик совершит одно полное колебание. При этом в каждой точке его траектории (кроме точки О) на него будет действовать сила упругости пружины, направленная к положению равновесия.
Под действием силы, возвращающей тело в положение равновесия, тело может совершать колебания как бы само по себе. Первоначально эта сила возникла благодаря тому, что мы совершили работу по растяжению пружины, сообщив ей некоторый запас энергии. За счет этой энергии и происходили колебания.
Если колебания происходят в системе благодаря начальному запасу энергии, или, говорят, только под действием внутренних сил, то такие колебания называют свободными.
Свободно колеблющиеся тела всегда взаимодействуют с другими телами и вместе с ними образуют систему тел, которая получила название колебательной системы.
Колебательная система — это физическая система, в которой при отклонении от положения равновесия возникают и существуют колебания
В рассмотренном нами примере в колебательную систему входят шарик, пружина и стойка, к которой прикреплена пружина.
Рассмотрим другую колебательную систему, состоящую из шарика, нити, штатива и Земли (Земля на рисунке не показана).
В данном случае шарик совершает свободные колебания под действием двух сил: силы тяжести и силы упругости нити. Их равнодействующая направлена к положению равновесия.
Что же необходимо для того, чтобы свободные колебания возникли? Давайте сформулируем условия возникновения колебаний в системе.
Для этого рассмотрим следующие примеры. Вот три положения тела: в чашке, на перевернутой чашке и на горизонтальном столе.
Что произойдет, если мы отпустим тело или толкнем тело, добавив при этом избыток энергии.
Тело в чашке начнет совершать колебательные движения туда и обратно.
А, то что находится на чашке — скатится, и никакого колебательного движения не будет.
Тело же, находящееся на горизонтальной поверхности покатится в сторону и со временем остановится.
Напомним, что существуют три типа равновесия тела: устойчивое, неустойчивое и безразличное.
Так вот, для того, чтобы в системе возникли свободные колебания, обязательно необходимо наличие положения устойчивого равновесия системы — это такое положение, где равнодействующая сила равна нулю.
Второе, что необходимо, — это наличие у тела избыточной механической энергии по сравнению с ее энергией в положении устойчивого равновесия. Так, например, для того чтобы тело в чашке начало совершать колебательное движение, его необходимо вывести из положения равновесия, т.е. сообщить ему избыток потенциальной энергии.
Третье, это действие на тело возвращающей силы, т.е. силы, направленной всегда к положению равновесия. В нашей системе — это равнодействующая силы тяжести и силы реакции опоры.
И последнее, четвертое, в идеальных колебательных системах должны отсутствовать силы трения. Т.е. чтобы колебание возникло и продолжалось, избыточная энергия, полученная телом при смещении из положения устойчивого равновесия, не должна быть полностью расходована на преодоление сопротивления при возвращении в это положение.
Вообще, колебательные системы — это довольно широкое понятие, применимое к разнообразным явлениям. Рассмотренные нами колебательные системы называются маятниками. Существует несколько типов маятников: нитяные, пружинные и т. д.
В общем случае под словом «маятник» понимают твердое тело, совершающее под действием приложенных сил колебания около неподвижной точки или вокруг оси.
4. Закрепление материала
Выполнение теста по вариантам
Вариант 1
1. Какой из перечисленных видов движения является механическим колебанием?
А) Движение мяча падающего на землю
Б) Движение летящего самолета
В) Движение маятника часов.
2. Родители решили покачать малыша на качелях. Папа встал сзади за качелями, а мама впереди. Папа приподнял качели (притянул к себе) и отпустил. Какое движение совершат качели за время одного полного колебания?
А) от папы до положения равновесия
Б) от папы до папы
В) от папы до мамы
3. Из положения 1 в положение 2 шарик проходит за 1 секунду. Чему равен период колебаний?
Вариант 2
1. Какой из перечисленных видов движения является механическим колебанием?
А) Движение катящегося мяча.
Б) Движение груза подвешенного на пружине
В) Движение падающего камня.
2. Родители решили покачать малыша на качелях. Мама встала сзади за качелями, а папа впереди. Мама приподняла качели (притянула к себе) и отпустила. Какое движение совершат качели за время одного полного колебания?
А) от мамы до положения равновесия
Б) от мамы до папы
В) от мамы до мамы
3. Из положения 1 в положение 3 шарик проходит за 1 секунду. Чему равен период колебаний?
Ответы на вопросы
1
2
3
Вариант 1
В
Б
В
Вариант 2
Б
В
Б
Тест тренажер
5. Обобщение и систематизация
Повторим главное, что сегодня мы узнали на уроке.
Механическое колебательное движение — движение, при котором состояния тела с течением времени повторяются, причем тело проходит через положение устойчивого равновесия поочередно в противоположных направлениях.
Если колебания происходят в системе только под действием внутренних сил, то такие колебания называют свободными.
Колебательная система — физическая система, в которой при отклонении от положения равновесия возникают и существуют колебания.
Маятник — твердое тело, совершающее под действием приложенных сил колебания около неподвижной точки или вокруг оси.
6. Домашнее задание §23, упражнение 23
Автор(ы):
Скачать: Физика 9кл - Конспект.docxАвтор(ы):
Скачать: Физика 9кл - Презентация к уроку.pptxАвтор(ы):
Скачать: Физика 9кл - Тест тренажер.pptx
