Урок в 9 классе «Превращения энергии при колебательном движении. Затухающие колебания. Вынужденные колебания»

Урок в 9 классе, проходивший в рамках муниципального конкурса «Учитель года -2006»
Автор: Мельникова (Соболева) Марина Юрьевна, учитель МОУ СОШ № 12 г. Данилова Ярославской обл.
«Превращения энергии при колебательном движении. Затухающие колебания. Вынужденные колебания».
Тип урока: объяснение нового материала.
Форма урока: урок – детективное расследование.
Цели урока: обучающие: изучить возможные превращения энергии в колебательных
системах, подтвердить справедливость закона сохранения энергии;
развивающие: выяснить природу затухающих и вынужденных колебаний,
анализировать взаимосвязь видов энергии в колебательной системе,
синтезировать отдельные факты в единую систему взаимосвязей,
существующих в природе, на основе закона сохранения энергии при
колебательном движении;
воспитательные: работать над направленностью внимания учащихся,
формировать желание достичь поставленной цели, желание дать ответ и
получить удовлетворение от ответа.
Задачи урока :
повторить термины: колебательная система, маятник, потенциальная и кинетическая энергия, внутренняя энергия, трение.
ввести новые определения: затухающие колебания, вынужденные колебания.
повторить закон сохранения энергии.
4. решать задачи по теме «Превращения энергии при колебательном
движении. Затухающие колебания. Вынужденные колебания».

Ход урока.
Вводное слово учителя.
Ребята! Когда человек своим трудолюбием, упорством достигает истины в чем-либо, то этот его умственный труд можно назвать открытием. Не беда, что многие из открытий были сделаны еще до нас. Повторяя их, мы становимся ближе к тем великим мира сего, кто снабдил человечество знаниями, в том числе и в области физики.

Вот такие строки мне хотелось бы зачитать вам в начале нашего урока.

Во всем мне хочется дойти до самой сути.
В работе, в поисках пути, в сердечной смуте.

До сущности протекших дней, до их причины,
До оснований, до корней, до сердцевины.

Все время схватывая нить судеб, событий.
Жить, думать, чувствовать, любить, свершать открытья.
Б. Пастернак
Постарайтесь и вы на сегодняшнем уроке совершить для себя открытия. Тем памятнее будут для вас знания, полученные на сегодняшнем уроке.


Актуализация необходимых знаний.
Недавно вы начали изучать один из самых интересных видов механического движения колебательное. Однако любое явление в физике мы должны рассмотреть не только с точки зрения сил, действующих на тело, но и с точки зрения присутствующих в нем видов энергии. Основной закон, позволяющий сделать нам это, закон сохранения и превращения энергии.

Главные действующие лица нашего сегодняшнего урока – потенциальная и кинетическая энергия, и еще одно – пока неизвестное лицо.
Вспомним, что известно нам об этих видах энергии.
У вас на столах задачи по теме «Энергия», которую вы изучали в 7 классе.
Это необычные задачи. Они из сборника задач Григория Остера «Физика с приколами».
Веселые вопросы, но ответы на них достаточно серьезные.
Задачи с приколами
№1
Открывая дверь с тугой пружиной, печальный дядя Боря совершил работу, равную
750 Дж, и, шагнув на порог, беспечно отпустил ручку двери. Укажите величину энергии, которой запаслась мстительная дверь. Как называется эта ужасная энергия?

№2
Каким видом энергии обладает пружина только что заведенных и сильно промокших дяди Петиных часов?

№3
Где – у истоков или ближе к Астрахани – княжна, выплеснутая Стенькой Разиным из челна в великую русскую реку Волгу, будет обладать большей потенциальной энергией относительно Каспийского моря?

№4
Близнецы-братья Митя и Витя, обладающие одинаковыми массами, вбежали в родную школу, и сбили с ног разное количество учеников. Известно, что скорость вбегающего брата Мити была значительно выше скорости брата Вити. Кто из братьев, вбежавших в школу, обладал большей кинетической энергией?

№5
Рассмотрим неловкое положение, в которое попали четыре взаимодействующих тела:
Мечтающий вступить в брак Иван-Царевич.
Натянутая тетива лука.
Согласная выйти замуж царевна Лягушка.
Готовая к полету стрела.
Какое из этих четырех тел передало потенциальную энергию другому, и как изменилась переданная энергия в момент рокового выстрела?

№6
На краю крыши на одной и той же высоте стоят одинаковые братья-близнецы Митя и Витя. На обоих одинаковые костюмы и тапочки. Но у Мити ничего нет в руках, а Витя прижимает к груди крупную ржавую железяку. Кто из братьев обладает большей потенциальной энергией относительно земли?

№7
Назовите превращение одного вида энергии в другой в следующих моментах из жизни дяди Пети:
Когда дядя Петя в младенчестве выпал из коляски и ринулся вниз.
Когда дядя Петя в юности, спасаясь от отца одной своей знакомой, выпрыгнул из окошка ее дома и долго летел, пока не приземлился благополучно в крапиву.

№8
Какой потенциальной энергией обладает девятилетний землянин, который, имея массу
25 кг, зацепился штанами за сук березы на высоте 5 метров, и орет дурным голосом?


Итак, о чем пойдет речь сегодня на уроке?
(Об энергии, о превращениях энергии и колебательном движении)
Итак, тема сегодняшнего урока: «Превращения энергии при колебательном движении. Затухающие колебания. Вынужденные колебания».- записать в тетрадях тему урока.

Демонстрация некоторых типов колебаний.

Нитяной маятник. Пружинный маятник. Маятник Максвелла. Пробирка с железными опилками в стакане с водой.

На примере одного из типов колебаний – нитяного маятника – рассмотрим превращения энергии, происходящих в этой колебательной системе. . Заставим маятник колебаться. Как это сделать? Либо отклонить его на некоторое расстояние в сторону, при этом он поднимается на небольшую высоту. Либо можно толкнуть маятник, привести его в движение из состояния покоя.
























А теперь видоизменим наш эксперимент.
Возьмем в качестве груза на нити не шар, а пластинку прямоугольной формы. Обратите внимание, что в такой колебательной системе колебания очень быстро прекращаются.

Проблемный вопрос
Куда же исчезла начальная энергия, которую сообщили этой системе в самом начале, а может, она не исчезла?
Это ли не материал для детективного расследования. Как в любом детективе перед людьми, ведущими расследование, прежде всего, стоит задача опросить потерпевшего.
В нашем случае это нитяной маятник.
Какие показания даст нам потерпевший. Ваша задача – составить связный рассказ со слов потерпевшего.





Рассказ потерпевшего 1.
Меня зовут нитяной маятник. Во время опыта на уроке физики учитель сообщил мне некоторый запас потенциальной энергии. Как он это сделал? Поднял меня на небольшую высоту, отведя меня в сторону, и совершил при этом работу за счет своей собственной энергии (которую пополнил утром за завтраком). Я от радости стал двигаться, играя моей энергией, превращая ее из потенциальной в кинетическую и наоборот. Но через некоторое время заметил, что мой запас энергии становился все меньше и меньше, и, наконец, совсем исчез. Я остановился и больше двигаться не мог. Кто украл мой запас энергии? Пожалуйста, найдите преступника, забравшего мою энергию.

Рассказ потерпевшего 2.
Меня зовут нитяной маятник. Во время опыта на уроке физики учитель сообщил мне некоторый запас кинетической энергии. Как он это сделал? Толкнул меня и сообщил мне некоторое значение кинетической энергии. Учитель совершил при этом работу за счет своей собственной энергии (которую пополнил утром за завтраком). Я от радости стал двигаться, играя моей энергией, превращая ее из кинетической в потенциальную и наоборот. Но через некоторое время заметил, что мой запас энергии становился все меньше и меньше, и, наконец, совсем исчез. Я остановился и больше двигаться не мог. Кто украл мой запас энергии? Пожалуйста, найдите преступника, забравшего мою энергию.

Версии учеников.
Предложите версии случившегося. Почему нитяной маятник с пластинкой на конце прекращает свои колебания значительно быстрее, чем нитяной маятник с небольшим шариком на конце?
(учащиеся выдвигают гипотезы случившегося)
Следственный эксперимент.
Сравнение массы пластинки и шарика.
Быстрая остановка шарика при погружении его в кювету с водой.
(выясняем зависимость от массы (они примерно одинаковы), от среды, в которой колеблется маятник)

Фотографии с места преступления.
График колебаний нитяного маятника при действии трения в системе.


Х



t








График колебаний при отсутствии трения в системе.

X



t





Личность преступника.(называют учащиеся)
Трение.

Степень его вины.
Степень вины устанавливает в жизни суд. Но сегодня мы не будем устраивать суд над трением. Нам нужно решить: исчезла бесследно механическая энергия колебаний или трение ее только видоизменило?

Помните, по закону сохранения энергии, она не может исчезнуть бесследно, она может только превратиться в другой вид.

Итак, вот неизвестное действующее лицо нашего урока – внутренняя энергия.
(открыть карточку с надписью внутренняя энергия)
Если трение присутствует в системе, то мы наблюдаем постепенное превращение механической энергии во внутреннюю.
Если трение в системе отсутствует, то мы наблюдаем незатухающие колебания или гармонические.




Затухающие колебания – свободные колебания с постепенно уменьшающейся амплитудой, происходящие в системе, где присутствуют силы трения.

Еще раз посмотрим, теперь уже серьезно, на превращение энергии в ходе механических колебаний.
а). в идеальной системе
б). в реальной системе


Колебания нитяного маятника происходят на фоне доски, закрытой белой бумагой. На ней отмечен уровень положения равновесия маятника, и уровень, на который поднимется маятник при отклонении его от положения равновесия.

Задача учеников:1). записать на аналогичных рисунках значения потенциальной и кинетической энергии на этих двух уровнях, 2). заполнить таблицу, где записать, как меняются со временем величины, характеризующие колебательное движение этого маятника (уменьшаются или увеличиваются).









А В 2 уровень
С D
1 уровень
О

Направление движения маятника
Возвращающая сила, F
Скорость, v
Потенциальная энергия, Ep
Кинетическая энергия, Ek
Полная механическая энергия, E пол






в реальных условиях (т.е. с трением)
в идеальных условиях (т.е. без трения)

От В к О







От О к А







От А к О







От О к В









Вынужденные колебания
Свободные колебания в наших земных условиях всегда затухающие. Чтобы колебания не прекращались с течением времени, необходимо периодически, т.е. в течение каждого периода колебаний, пополнять потери энергии. Для этого действуют на колеблющееся тело периодически изменяющейся силой. Например, в такт колебаний качелей мы подталкиваем их рукой.



Вынужденные колебания – колебания, совершаемые телом под действием внешней периодически изменяющейся силы.

Эта сила называется вынуждающей.
Если на покоящийся маятник будет действовать периодически меняющаяся сила, то амплитуда колебаний будет возрастать. Увеличение амплитуды колебаний прекратится тогда, когда энергия, теряемая маятником на преодоление силы трения, станет равна энергии, получаемой извне (за счет работы вынуждающей силы.
Вынужденные колебания могут совершать тела, которые и не являются колебательными системами.



Примеры: возьмите любой предмет на столе и помашите им из стороны в сторону или передвигайте по столу из стороны в сторону. Это будут вынужденные колебания предмета под действием периодической вынуждающей силы, приложенной с вашей стороны.
Также примером вынужденных колебаний являются движения иглы швейной машины, поршня в двигателе внутреннего сгорания, рабочей части отбойного молотка, молота копра, забивающего сваи и т.п.

Рефлексия
Оцените уровень сложности сегодняшнего материала, свою работу на уроке, оригинальность урока, работу учителя.
5

4

3


2

1

5 4 3 2 1 1 2 3 4 5


1

2


3

4

5






Поставьте точку на верхней полуоси – напротив оценки за сложность материала.
Поставьте точку на правой полуоси – напротив оценки за свою работу на уроке.
Поставьте точку на нижней полуоси – напротив оценки за оригинальность урока.
Поставьте точку на левой полуоси – напротив оценки за работу учителя.
Соедините полученные точки прямыми линиями так, чтобы у вас получился четырехугольник. Чем больше его площадь, тем продуктивнее был урок.

Домашнее задание
§ 28, 30, упражнение №25 – письменно, №26 – устно.



5

4

3


2

1

5 4 3 2 1 1 2 3 4 5


1

2


3

4

5

5

4

3


2

1

5 4 3 2 1 1 2 3 4 5


1

2


3

4

5



















m 1. m Ep1=mg
·h Ek1=0
2.
·h mv2
m Ep2=0 Ek2 =
·
·
2







15

Приложенные файлы

  • doc file16
    Размер файла: 90 kB Загрузок: 165