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 - Затухающие колебания. Вынужденные колебания
Общее количество часов, отведенное на изучение темы - 1
Место урока в системе уроков по теме - 27/4
Цель урока – Изучить возможные превращения энергии в колебательных системах. Подтвердить справедливость закона сохранения механической энергии в колебательных системах.
Задачи урока –
Ввести понятие затухающих и вынужденных колебаний.
Воспитывать аккуратность, бережное отношение к оборудованию кабинета, умения слушать и быть услышанным.
Учить работать в группе, формировать коммуникативные компетенции учащихся.
Планируемые результаты -
Объяснять причину затухания свободных колебаний, называть условие существования незатухающих колебаний.
Техническое обеспечение урока - компьютер, мультимедийный проектор. Лабораторное оборудование - штатив с муфтой и лапкой, шарик с нитью, секундомер, ластик и линейка.
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
Фронтальная беседа
Какие виды механической энергии вы знаете? (Кинетическая и потенциальная).
Какие тела обладают кинетической энергией? (Движущиеся).
По какой формуле рассчитывают кинетическую энергию? (Ек=mv2/2).
Какие тела обладают потенциальной энергией?(Тела, поднятые на высоту, и упругодеформированные тела).
По каким формулам рассчитывается потенциальная энергия? (Еп=mgh, E=kx2/2).
Упражнение «Зубастик».
На доске рисунок, состоящий из двух зубчатых лент, расположенных одна над другой. На лентах символы и формулы, изученные на прошлом уроке. Выяснить, «попадает ли зуб на зуб», т.е. соответствуют ли друг другу надписи верхнего и нижнего рядов.
Экспериментальные задачи.
Используя секундомер, определить частоту колебаний сердца в нормальном состоянии.
Используя секундомер, определить частоту сердца после 10 приседаний.
Используя секундомер, определить частоту дыхания в нормальном состоянии.
Используя секундомер, определить частоту дыхания после 10 приседаний.
Используя секундомер, определить период сердечных сокращений в нормальном состоянии.
Используя секундомер, определить период сердечных сокращений после 10 приседаний.
3. Изучение новых знаний и способов деятельности (работа со слайдами презентации)
Тема сегодняшнего урока «Затухающие колебания. Вынужденные колебания».
Эпиграфом к нашему уроку выберем слова великого русского ученого Михаила Васильевича Ломоносова :
«Все перемены в натуре случающиеся, такого суть состояния, что, сколько чего у одного тела отнимается, столько присовокупится к другому».
И так, прежде чем приступить к изучению данных вопросов, повторим основные понятия, которые понадобятся нам в ходе урока.
Гармонические колебания — это колебания, при которых смещение колеблющейся точки от положения равновесия изменяется с течением времени по закону синуса или косинуса.
Любое колебательное движение характеризуется амплитудой, частотой (или периодом) и фазой колебаний.
Амплитуда колебаний — максимальное смещение тела от положения равновесия.
Промежуток времени, в течение которого тело совершает одно полное колебание, называется периодом колебаний.
Число колебаний в единицу времени называется частотой колебаний.
Фаза колебаний — это аргумент периодической функции, который при заданной амплитуде колебаний определяет состояние колебательной системы в любой момент времени.
Рассмотрим процесс превращения энергии при гармоническом колебательном движении на примере идеального горизонтального пружинного маятника.
Будем считать, что в системе сил трения, сил сопротивления нет.
Когда эта система находится в равновесии и никакого колебания не происходит, скорость тела равна нулю и отсутствует деформация пружины. В этом случае энергии у данного маятника нет.
Выводя тело из положения равновесия, например сжимая пружину на некоторую величину, мы сообщаем ему некоторый запас потенциальной энергии.
Что в этом случае происходит? Происходит следующее: пружина деформируется, изменяется ее длина. Мы сообщаем пружине потенциальную энергию. Если теперь отпустить груз, не удерживать его, то он начнет свое движение к положению равновесия, пружина начнет выпрямляться и деформация пружины будет уменьшаться. Следовательно, будет уменьшатся и ее потенциальная энергия.
Скорость же тела будет увеличиваться, и по закону сохранения энергии потенциальная энергия пружины будет превращаться в кинетическую энергию движения тела.
В момент прохождения телом положения равновесия его потенциальная энергия равна нулю, а кинетическая будет максимальна.
Потом вступает в действие явление инерции. Тело, которое обладает некоторой массой, по инерции проходит точку равновесия. Скорость тела начинает уменьшаться, а деформация, удлинение пружины, увеличивается.
Следовательно, кинетическая энергия тела убывает, а потенциальная наоборот, возрастает.
В точке максимального отклонения тела его кинетическая энергия равна нулю, а потенциальная — максимальна.
Таким образом, при колебаниях периодически происходит переход потенциальной энергии в кинетическую и обратно.
Полная же механическая энергия пружинного маятника равна сумме его кинетической и потенциальной энергий.
Если смещение материальной точки, совершающей гармонические колебания, изменяется с течением времени по закону косинуса, то проекция скорости на ось х равна минус омега а синус омега тэ
.
Из этих формул видно, что кинетическая и потенциальная энергии изменяются тоже по гармоническому закону.
Если совместить графики кинетической и потенциальной энергий, то видно, что они колеблются с одинаковой амплитудой, в противофазе друг с другом и с частотой два омега, а полная механическая энергия не изменяется со временем.
Она равна либо потенциальной энергии тела в момент максимального отклонения, либо его кинетической энергии в момент прохождения положения равновесия.
В реальных условиях на маятник всегда действуют силы сопротивления, поэтому полная энергия уменьшается, и свободные колебания маятника с течением времени затухают, т.е. их амплитуда с течением времени уменьшается до нуля.
Колебания, амплитуда которых со временем уменьшается, называются затухающими колебаниями.
В затухающих колебаниях, помимо их амплитуды, так же изменяются и другие характеристики, такие как скорость и ускорение.
Т.о., свободные колебания всегда затухают за то или иное время и поэтому не находят практического применения. Наиболее простой способ возбуждения незатухающих колебаний состоит в том, что на систему действуют внешней периодической силой, возбуждающей колебания, которые система сама не совершала бы.
Это можно легко увидеть на примере качения на качелях, когда один человек периодически действует на качели с некоторой силой, то качели продолжают все время раскачиваться. Но как только действие силы прекратится, качели быстро остановятся.
Колебания, происходящие под действием внешней периодической силы, называются вынужденными колебаниями.
Работа внешней силы над системой обеспечивает приток энергии к ней извне, который не дает колебаниям затухать, несмотря на действие сил трения.
Основное отличие вынужденных колебаний от свободных состоит в том, что при свободных колебаниях система получает энергию только один раз, когда она выводится из положения равновесия, а при вынужденных колебаниях энергия пополняется постоянно за счет работы вынуждающей силы.
Рассмотрим основные характеристики вынужденных колебаний:
Первое, внешнее воздействие навязывает системе свой закон колебаний: так, если внешняя сила изменяется по закону синуса (или косинуса), то вынужденные колебания будут гармоническими.
Второе, частота вынужденных колебаний равна частоте изменения вынуждающей силы.
Третье, между вынужденными колебаниями и колебаниями внешней силы существует разность фаз.
.4. Закрепление материала.
Примером вынужденных колебаний являются землетрясения.
Вопросы учащимся:
Что передвигается быстрее пули?
Что способно сокрушить высокое здание в одну секунду?
Что сильнее ядерного взрыва?
(Землетрясение).
Каждый год на Земле происходит более миллиона землетрясений; большинство из них наносит незначительный ущерб, но иногда землетрясение поражает населенные районы, раня и убивая людей, вызывая разрушения, исчисляемые миллионами.
Что знают ученые о землетрясениях? Что именно вызывает их? Можно ли их предсказать? Могут ли люди защитить себя в случае землетрясения?
Решение задачи.
Сила землетрясения оценивается по 12-балльной шкале Рихтера. Незаметные толчки, выявленные только приборами, оцениваются в 1-2 балла. Умеренные толчки – дребезжание стекол, раскачивание люстр и т.п. – 4-5 баллов. Сильные толчки – появление трещин в стенах – 6-7 баллов. Катастрофические толчки (8-12 баллов) разрушают здания, раскалывают земную поверхность (Ашхабадское 1948г., Армянское 1988г. землетрясения). В год случаются тысячи землетрясений, но лишь 20-30 из них – сильные.
Определите частоту колебаний при 4-балльном землетрясении, если от этих толчков хорошо раскачалась люстра и период ее колебаний равен 2с.
(0,5Гц).
5. Обобщение и систематизация
И так, подведем итоги урока.
При гармонических колебаниях периодически происходит переход потенциальной энергии в кинетическую и обратно. Полная же энергия такой колебательной системы равна сумме ее кинетической и потенциальной энергий. При этом эти энергии изменяются тоже по гармоническому закону, с одинаковой амплитудой и в противофазе друг с другом, а полная механическая энергия не изменяется с течением времени.
В реальных условиях на маятник всегда действуют силы сопротивления, поэтому полная энергия уменьшается, и свободные колебания маятника с течением времени затухают. Такие колебания называются затухающими колебаниями.
Колебания, происходящие под действием внешней периодической силы, называются вынужденными колебаниями.
6. Домашнее задание §26, упражнение 25(№1)
Автор(ы):
Скачать: Физика 9кл - Конспект.docxАвтор(ы):
Скачать: Физика 9кл - Презентация к уроку.pptx
