Спецвыпуск

Механические колебания и волны. 9-й класс

··· Орловский выпуск ···

С.А.ФЁДОРОВА,
лицей № 28, г. Орёл

Механические колебания и волны

Повторительно-обобщающий урок, 9-й класс

 

(Принятые сокращения: ДЗ – дидактическая задача; ОУУН – общеучебные умения и навыки.)

Задачи урока: систематизировать и обобщить знания учащихся по теме, углубить представления о гармонических колебаниях и их характеристиках (амплитуде, периоде, частоте), закрепить умения определять период колебаний, решать графические, расчётные и качественные задачи на определение параметров колебательной системы и применение закона гармонического колебания и закона сохранения энергии; продолжить формирование научного мировоззрения (общность колебательного движения для разных видов материи) и политехнического восприятия (использование звуковых волн в технике и природе) <планировать... осуществлять... и т.п.>.

Литература

Кац Ц.Б. Биофизика на уроках физики. – М: Просвещение, 1988.

Мокрова И.М. Поурочные планы по учебнику А.В.Пёрышкина «Физика. 9 класс», ч. 1. – Волгоград: Учитель-АСТ, 2003.

Перельман Я.И. Занимательная физика: ч. 1. – М.:Наука, 1976.

Пёрышкин А.В., Гутник Е.М. Физика-9. – М.: Дрофа, 2006.

Рабиза Ф.Э. Опыты без приборов. – М.: Детская литература, 1988.

Тарасов Л.В. Физика в природе: Книга для учащихся. – М: Просвещение, 1988.

Якоби В.И., Якоби М.В. Рабочая тетрадь на печатной основе: Ч. 2. – Харьков, УМЦ «Школьник», 1996.

 

Оборудование общее: стенды «Сегодня на уроке», «Новости науки и техники», таблица с карманами «Музей резонанса», карточки («Качели», «Частотомер», «Свисток», «Морская раковина», «Самолёт», «Камертон», «Рупор», «Турбины», «Токарный станок», «Амортизатор», «Демпфер»); самодельные устройства: верёвочный телефон, маятник Фуко, металлофон,  «поющие» свёрла (своеобразный металлофон: обычные свёрла разной длины подвешиваем на нитях и поочерёдно ударяем металлической спицей, извлекая звуки разной высоты), бутылки, бокалы, расчёски; пуговица – крутильный маятник.

Оборудование для групп: маятник-поплавок (ареометр в мензурке с водой), колебательные системы-маятники.

Оформление доски:

• Кто не знаком с законами движения, тот не может познать природы. Г.Галилей.

• В каждой естественной науке заключено столько истины, сколько в ней есть математики. И.Кант.

Ход урока

1. Организационный этап

Ещё до начала урока класс делится на 5 групп.

ДЗ1. Приветствие. Проверка готовности. Организация внимания.

2. Этап подготовки учащихся к активному и сознательному усвоению знаний

ДЗ2. Показ практической значимости материала.

Учитель. Колебательное движение (вибрации) – одно из наиболее распространённых движений в природе. Изучение законов колебательного движения позволило создать ряд простых и нужных приборов, интересных и полезных устройств. Но иногда вибрации создают немало хлопот техникам и конструкторам сложных механизмов и транспортных средств.

Наше изучение темы «Колебания и волны» практически подошло к концу. (Объявляет тему и цели урока. Кодограмма № 1.)

Кодограмма 1

 

Сегодня вновь с нами известные вам физики из фантастического города: Теоретик, Наблюдатель, Экспериментатор, График, Аналитик, а также небезызвестный кот Динамус. Это они вновь помогут нам совершить путешествие из Учуфиза в Знаюфиз, а девизом могут быть слова Галилея и Канта. (Зачитывает девиз.) Попытаемся выразить наши представления о колебаниях языком математики.

3. Всесторонняя проверка и закрепление знаний

ДЗ3. Проверка различными методами объёма и качества усвоения материала. Проверка образа мышления; проверка сформированности ОУУН. Оценка знаний умений и навыков. Закрепление методики предстоящего ответа при очередной проверке.

Учитель. Назовите общие свойства колебательных систем. (Кодограмма 2.) Назовите физические величины, которые используются для описания колебательного движения, их физический смысл и единицы.

Кодограмма 2 «Колебания и волны»

Зависит ли период колебаний от амплитуды? (Ответ. Нет. Это свойство называется изохронность.)

Выполните, пожалуйста, в группах задание 1: экспериментально измерьте амплитуду и период колебаний предложенных систем и по ним вычислите скорость и циклическую частоту. Время выполнения 2 мин.

Совет: подсчитайте число колебаний n за t = 1  мин.

Учитель. А сейчас проверим ваши наблюдательные способности. Недалеко от нашего города, близ села Механошка, профессор Колебашкин с помощью простого математического маятника открыл неисчерпаемые залежи тяжёлых металлов. Как ему это удалось сделать исходя только из того, что за 1 мин маятник длиной 1 м совершил 120 колебаний? (Ответ: g = 160 м/с².)

(Дополнительный материал, который дети нашли сами в ходе подготовки к уроку.)

• Зависимость периода колебаний маятника от значения ускорения свободного падения используется на практике. Измеряя период колебаний, можно точно определить g. Ускорение свободного падения, как нам известно, меняется с географической широтой. Но и на одной широте оно не везде одинаково. В районах, где залегают плотные породы, ускорение несколько больше. Этим пользуются при поисках полезных ископаемых, например, железных руд, которые обладают повышенной плотностью по сравнению с обычными.)

• В 1850 г. для доказательства вращения Земли французский физик Фуко подвесил под куполом парижского Пантеона гигантский маятник – шар массой 28 кг на подвесе длиной 67 м. Снизу к шару прикрепили остриё, которое могло оставлять следы на насыпанном на полу песке.

Учитель. Послушаем экспериментаторов. Покажите вашу модель маятника Фуко. Как с помощью маятника удалось доказать вращение Земли? (Учащиеся показывают свою модель и отвечают на вопрос.)

(Учитель погружает ареометр в воду.) Вспомните закон гармонических колебаний. Рассмотрите колебания поплавка (ареометра) в мензурке. Будут ли эти колебания гармоническими? Какой из двух графиков на кодограмме 3 соответствует этому колебанию?

Кодограмма 3

Выполните задание 2 (в группах): определите амплитуду и период по графику на кодограмме 4.

Кодограмма 4

Составьте уравнения движения: 1-я группа – x(t); 2-я группа – (t); 3-я группа – a(t); 4-я группа – F(t). Чему равны амплитуда скорости? ускорения? силы? координаты? Время выполнения 2 мин. (Проверка по кодограмме 5.)

Кодограмма 5

Сформулируйте закон сохранения и превращения энергии. По какому закону меняется энергия – кинетическая и потенциальная – колеблющегося тела? Каковы графики этих функций? Чему равна полная энергия системы?

Решим задачу про кота Динамуса: определите наибольшую скорость кота массой 4 кг, совершающего свободные колебания на пружине жёсткостью 100 Н/м с амплитудой 50 см. (Ответ: 2,5 м/с.)Что называется волной? Какие виды волн вам известны? В каких средах они возникают?

Экспериментатор (ученик). Чтобы подогнать к берегу игрушечный кораблик, находящийся недалеко от берега озера, я начал бросать камешки за него, надеясь, что образуемые волны подгонят кораблик к берегу. Почему у меня ничего не получилось? (Обсуждение в классе приводит к ответу: перемещаются только форма и энергия волны, вещество не перемещается. Кораблик будет совершать колебания вверх-вниз.)

Учитель. Решим ещё одну задачу про кота Динамуса. Коты могут воспринимать звук частотой до 100 000 Гц. Устно вычислите длину волны при скорости звука 340 м/с. (Ответ: 0,0034 м.)

Какой из графиков на кодограмме 6 соответствует звукам, издаваемым кошкой, и какой – мышкой? Объясните.

Кодограмма 6

Кодограмма 7

Какое явление изображает график на кодограмме 7? Что вы о нём знаете? Приведите примеры. (Ответ. Вода выливается из ведра при ходьбе, дребезжат стёкла, стол швейной машины трясётся при работе.) Почему иногда резонанс называют «тупым»? Какой из двух графиков ему соответствует? Скоро в нашем городе откроется «Музей резонанса», и нам поручили расставить экспонаты в его трёх залах. Помогите. (Учащиеся раскладывают таблички в карманы таблицы.)

А пока расставляются таблички, давайте представим несколько реальных экспонатов в «Музей звуковых волн». (Учащиеся представляют свои экспонаты и поясняют физические основы их действия. Учитель проверяет правильность выставления «экспонатов».)

Звуковые волны несут большую информацию о мире, они могут приносить пользу и вред. Какую информацию вы бы предложили в наш «Музей звуковых волн»? (Учащиеся делают коротенькие сообщения.)

• Некоторые оперные певцы благодаря силе своего голоса и явлению резонанса могут поистине творить чудеса. Так, Карузо мог голосом разбивать стаканы, а когда пел Шаляпин, звенели хрустальные подвески на люстрах.

• Инфразвук оказывает на человеческий организм вредное воздействие. Есть предположение, что это порождаемый морскими штормами инфразвук со зловещей частотой 7,5 Гц. Он вызвает галлюцинации и объясняет гибель экипажей ряда кораблей при загадочных обстоятельствах.

• Ультразвук оказывает сильное биологическое действие. Микробы в поле ультразвуковой волны погибают. С помощью ультразвука можно стерилизовать молоко и другие продукты без нагревания. Летучие мыши, рыбы, многие насекомые, собаки, грызуны, дельфины, киты воспринимают ультразвук.

• Вредное воздействие шумов на человека было замечено очень давно. Ещё 2000 лет назад в Китае в качестве наказания заключённые подвергались непрерывному воздействию звуков флейт, барабанов, крикунов, пока не падали замертво.

ВЫВОД. Вы видите, как тесно связаны физика и биология. И это неслу чайно. Природа едина. Человек как высшее её творение может быть объектом изучения как с точки зрения механики и электродинамики, так и с точки зрения физиологии, психологии и социальных наук. И очень хотелось бы, чтобы человек в лице каждого представителя человечества был прекрасным во всех отношениях!

4. Информация о домашнем задании

Подведение итогов работы.

Дома: Гл. II, таблица в кодограмме 2, упр. 28 (1, 3), 30 (1, 2), 31 (1), 32 (1). Выставление оценок за работу на уроке.

Очень важно для учителя обрести уверенность в своих силах, в своей возможности научить, объяснить, показать внимательно выслушать, помочь, посоветовать. Вместе с тем уверенность должна сочетаться с внимательным анализом своих поступков, необходимой самокритичностью, готовностью правильно реагировать на критические замечания руководителей и коллег. Для этого каждый учитель должен обязательно анализировать проведённый им урок. Ведь работа над уроком не заканчивается после его проведения. Самоанализ – следующий важный шаг.

ПАМЯТКА ПО САМОАНАЛИЗУ УРОКА

1. Обосновать постановку цели, место урока в теме, подготовленность класса, возможности урока для решения задач развития и воспитания.

2. Выделить главные моменты, подготовительные. Доказать целесообразность каждого момента, установить связи между ними.

3. Оценить решения ДЗ каждого момента: решён ли, какой результат получен, почему?

4. Сделать выводы: решена ли задача обучения, воспитания и развития?

Светлана Александровна Фёдорова – учитель физики высшей квалификационной категории, педагогический стаж 28 лет, почётный работник общего образования РФ, ветеран педагогического труда. В 1979 г. окончила физмат Усть-Каменогорского ГПИ по специальности «Физика» и начала педагогическую деятельность в Казахстане. С 1998 г. преподаёт физику в орловском лицее № 28. Педагогическое кредо: учить всех детей воспринимать окружающую природу с радостью, ощущать себя частью природы, чему способствует в первую очередь глубокое познание законов физики, биологии, химии. Активный участник районных и городских семинаров по различным проблемам, лектор курсов ООИУУ, автор видеофильма «Методика системного анализа урока», имеет ряд публикаций. В школе руководит МО и школьным научным обществом «Сигма», активно включает ребят в исследовательскую деятельность, экскурсии, конкурсы и т.д. Вырастила с мужем двух сыновей – сейчас оба инженеры. Старший – кандидат технических наук, доцент, преподаватель ОрёлГТУ, младший после окончания этого же вуза служит в армии. В семье живут и обе бабушки, поэтому самое важное сейчас для педагога – забота о близких.