Обобщающий урок физики в 11 классе по теме "Колебания. Механические и электромагнитные"

УРОК ОБОБЩЕНИЯ И СИСТЕМАТИЗАЦИИ ЗНАНИЙ ПО ТЕМЕ «КОЛЕБАНИЯ. КОЛЕБАТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ». 11 класс

ЦЕЛЬ УРОКА:

• Организовать деятельность учащихся по  углублению и систематизации знаний о механических и электрических колебаниях с единой точки зрения;

• воспитание дисциплинированности при выполнении экспериментального задания, положительного отношения к знаниям;

•  развитие умения единого математического подхода для количественного описания колебательных процессов различной природы при решении задач; развитие самостоятельности мышления, умение работать с дополнительной литературой, овладение экспериментальными умениями при постановке опытов, работе с цифровой лабораторией.

Тип урока: комбинированный (индивидуальные исследовательские проекты, решение задач, выполнение практической работы).

ОБОРУДОВАНИЕ: цифровая лаборатория, пружинный маятник, осциллограф, ноутбуки с программой генератор звуковых колебаний, маятник с песком.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ПОДГОТОВКА УЧАЩИХСЯ:

1. Теоретическое обобщение, значение колебаний.

2. Экспериментальное задание «Измерение периода колебаний параметрического маятника»

3. Экспериментальное задание «Изучение процесса разрядки конденсатора»

4. Фигуры Лиссажу.

5. Анализ материалов открытого банка ЕГЭ по теме «Колебания»

Этапы урока:

1. Значение колебаний в природе, технике, науке.

2. Работа с таблицей величин-аналогов.

3. Индивидуальные экспериментальные задания (3 чел.)

4. Решение задач из банка ЕГЭ.

5. Выполнение практической работы «Проверка закона сохранения механической энергии для пружинного маятника»

ПЛАН УРОКА.

1. Организационный момент. Создание эмоциональной, мотивационной среды.

«И на колебания надо решиться …»

Станислав Ежи Лец

Российский физик, академик Леонид Мандельштам отмечал: “ Каждая из областей физики — оптика, механика, акустика — говорит на своем “национальном” языке. Но есть “интернациональный” язык, и это - язык теории колебаний... Теория колебаний объединяет, обобщает различные области физики... Изучая одну область, вы получаете тем самым интуицию и знания совсем в другой области”.

Как вы считаете, почему ученый так считает? Все колебания описываются одинаковыми законами. Какие виды колебаний мы изучали на последних уроках? Мы изучали этот язык «интернациональный» достаточно долго. Давайте подумаем, какие задачи стоят сегодня перед нами, для того, чтобы поставить точку в этом вопросе. Как бы вы определили цель сегодняшнего урока? Что нам сегодня предстоит сделать?

Итак, цели и задачи урока:

• Обобщить и систематизировать знания по теме «Механические и электромагнитные колебания», углубить эти знания, рассмотрев различные колебательные процессы с единой точки зрения;

• Выполнить практическую работу «Преобразование энергии в пружинном маятнике»

1. Для чего изучать колебательные системы?

Сообщение учащегося.

Действительно, перечень тел, которые совершают колебания, не ограничиваются маятниками и пружинами, колеблются здания, мосты, фундаменты машин, провода и окружающий нас воздух. Колебания совершает заряд и сила тока в электрической цепи. Современная физика рассматривает колебания различной природы с единой точки зрения. И в последнее время выделился особый раздел - физика колебаний, который занимается исследованием вибраций машин и механизмов, ее выводы лежат в основе электротехники переменных токов и радиотехники.

Обобщая знания этих процессов, мы будем применять один из методов научного познания - аналогию.

1. Работа с таблицами величин и уравнений.

Перед вами на столе лежит лист «Аналогия… ». Слева - столбец величин, описывающих механические колебания, справа - электромагнитные. Попробуйте совместить величины-аналоги. Перенесите буквы с боковой грани параллелепипеда влево. При правильном выполнении задания слева вертикально получится фамилия ученого, сделавшего важное открытие в этой области. 1 мин. – на работу в парах.

Христиан Гюйгенс (1629...1692) изобрел первые часы с маятником (1657) и во втором издании своей монографии «Маятниковые часы» (1673) исследовал ряд проблем, связанных с движением маятника. Первым же ученым, изучавшими колебания, был Галилео Галилей (1564...1642) , который обнаружил изохронность колебаний. Вспомнить что это.

Давайте обратимся к таблице уравнений и формул. Внимательно изучите ее.

1. Какие физические величины являются основными характеристиками колебательного движения? (Период, частота, амплитуда, фаза). Дайте определения этих величин.

2. Назовите величины-параметры колебательной системы (масса, жесткость, индуктивность, емкость)

3. Какие величины характеризуют отклонение системы от положения равновесия (заряд, координата)

4. Назовите величины, характеризующие динамику колебательного движения (скорость, сила тока)

5. Какие величины описывают состояние колебательной системы в данный момент. (Энергии)

Полная энергия системы сохраняется при определенных условиях. Каких? В колебательной системе должно отсутствовать механическое трение или активное сопротивление электрической цепи. В этом проявляется фундаментальный закон природы - закон сохранения энергии. Преобразования энергии в системе пружинный маятник мы должны будем проверить в практической работе в конце урока.

1. Рассмотрим наиболее интересные колебательные системы.

• Экспериментальное задание «Параметрический маятник» (сообщение ученика)

Вопросы:

1. Что такое параметрический маятник?

2. Каким еще способом можно изменить параметр системы?

Действительно, можно непосредственно изменять длину подвеса.

Впечатляющий пример использования параметрического маятника дошел до нас из средневековья. На севере Испании, в соборе небольшого города, на длинном канате подвешено очень большое кадило для ладана, которое может раскачиваться, описывая гигантскую дугу над главным нефом собора. Во время богослужения колебания этого маятника возбуждаются периодическими подтягиваниями и отпусканиями каната, перекинутого через блок, закрепленный высоко под сводом собора. Раскачку курильницы выполняет группа священнослужителей. Каждый из них держит одну из строп свободного конца основного каната, свисающего с блока почти до пола. По команде главного смотрителя они периодически подтягивают и отпускают стропы каната. Через несколько циклов раскачки размах колебаний кадила становится очень большим. Нижнюю часть своей гигантской дугообразной траектории курильница пролетает, извергая дым и языки пламени.

1. Какое физическое явление возникает? В чем заключается резонанс?

2. Почему именно в нижней точке траектории появляется огонь и дым?

3. Явление резонанса возможно в электрической цепи? При каком условии резонансные свойства контура выражены наиболее отчетливо?

4. Где применяется электрический резонанс?

5. Как называется простейшая система, в которой могут возникнуть электромагнитные колебания? Из каких элементов она состоит?

• Экспериментальное задание «Протекание тока в цепи, содержащей конденсатор» (сообщение учащегося)

1. Как называются колебания, протекающие по закону синуса или косинуса?

Наиболее интересное явление возникает в системе, где происходит сложение двух гармонических колебаний. В этом случае возникают так называемые фигуры Лиссажу.

• Экспериментальное задание «Фигуры Лиссажу» (сообщение учащегося) http://www.fxyz.ru/формулы_по_физике/колебания_и_волны/сложение_колебаний/разных_направлений/фигуры_лиссажу/

Эксперимент это здорово! Но нельзя забывать и о задачах.

• Анализ материалов открытого банка заданий ЕГЭ по теме «Колебания» (сообщение учащегося).

Возможно разбор одной из них.

Подборку этих задач получил каждый, кто собирается сдавать экзамен по физике. Большую часть задач мы уже решили. Наиболее сложные будут разобраны на занятиях элективного курса.

Д/З: видеозадача, послушаете, запишите краткое условие, возможно для записи «дано» вам понадобятся секундомеры, они лежат у вас на столах. Если вы не успели записать или измерить что-либо, я оправлю ссылку с задачей по электронной почте кому-нибудь и попрошу всем ее отправить.

Метод аналогий, который широко использовался при изучении колебаний, будет использоваться нами в дальнейшем. Нам предстоит в ближайшее время изучить волновые процессы: вначале механические, а потом электромагнитные.

1. Выполнение практической работы «Преобразование энергии пружинного маятника».

Фронтально: Вначале подключиться к компьютеру учителя.

1. В чем цель вашей работы?

2. Почему выражение для полной механической энергии системы выглядит следующим образом:

3. Как доказать, что в конечном виде закон сохранения будет выглядеть проще?

4. Как определить жесткость пружины?

5. В какой момент скорость бруска будет максимальной?

6. Как экспериментально рассчитать скорость груза в момент прохождения положения равновесия?

7. Чему равно расстояние между герконами?

8. Как увеличить область графика?

9. Что следует поместить в отчет о работе?

Не забудьте сохранить отчет в папке 11-а.

1. Итоги урока.

Один из философов сказал, что «Все открытия в науках и в философии проистекают часто от обобщений или от приложений факта к другим подобным фактам». Мы убедились сегодня в этом. Домашнее задание на экране, готовимся к контрольной работе.

Интересно, что:

• Методы изучения гармонических колебаний оказываются применимы в некоторых случаях даже к экономическим системам.

• Связь между различными типами колебаний не ускользнула и от Ньютона. Так, он, разрабатывая акустическую теорию, показал, что колебания жидкости в U образной трубке подобно колебаниям маятника.

• Галилей установил независимость периода колебаний маятника от амплитуды и массы, наблюдая во время богослужения в пизанском соборе за тем, как раскачивается гигантская люстра, причем время он измерял по биению собственного пульса.

• Частота колебаний крыльев пчелы составляет 440 Гц, когда она летит за медом и уменьшается до 300 Гц, когда нагруженная возвращается в улей.