Урок физики с методом проектов по теме "Механические колебательные системы. Маятник как один из примеров колебательной системы"

Урок физики с методом проектов по теме "Механические колебательные системы. Маятник как один из примеров колебательной системы"

Проблема урока – выявить особенности колебательных систем – маятников.

Цели урока:

Предметные:

  • понятия колебательная система, математический и пружинный маятники;
  • основные характеристики колебательного движения: период, частота колебаний;
  • формулы для вычисления периода: общая формула периода , формулы периодов математического и пружинного маятников.
  • исследовать зависимость периода математического и пружинного маятников от массы груза,
  • обнаруживать зависимости между физическими величинами (периодом математического и пружинного маятников и массой груза)
  • представлять результаты измерений в виде таблицы и графика. Формировать навыки решения разноуровневых задач на применение формул: периода, периода математического и пружинного маятников, частоты.

Личностные: развивать наблюдательность, умение сравнивать зависимости физических величин, результаты эксперимента; обобщать знания о колебательных системах с использованием исторических примеров, примеров из жизни, систематизировать материал. Развивать уважение к творцам науки как элементу общечеловеческой культуры; самостоятельность в приобретении новых знаний и практических умений. Развивать информационные, коммуникативные, организационные умения.

Метапредметные: овладеть универсальными учебными действиями: экспериментальными навыками, навыками исследовательской и проектной деятельности, навыками самостоятельного приобретения новых знаний, постановке целей, анализа результатов деятельности одноклассников при работе над созданием мини-проекта, развивать монологическую и диалогическую речь, умение выражать свои мысли.

Ход урока

Начальный этап урока

Цель этапа урока: мотивировать учащихся к последующим шагам учебной деятельности на уроке через рассказ о значении колебаний. Организовать разделение учеников на группы. Организовать анализ учащимися возникшей ситуации и на этой основе подвести их к постановке основной задачи урока.

Учитель: (вступительное слово). Мы живем в мире колебаний. Маятник стенных часов, кузов железнодорожного вагона, струна гитары, качели и т.д.

Колебания играют важную роль в таких ведущих областях техники, как электричество и радио. Выработка, передача и потребление электрической энергии, телефония, радиовещание, телевидение, радиолокация – все эти важные отрасли основаны на использовании электрических и электромагнитных колебаний.

С колебаниями мы встречаемся и в живом организме. Биение сердца, сокращение желудка, деятельность кишечника имеют колебательный характер.

Строители и механики имеют дело с колебаниями сооружений и машин. Кораблестроители – с качкой и вибрацией корабля и т. д.

  1. Когда появились первые маятники?
  2. Что произойдет с периодом математического маятника, если массу подвешенного груза увеличить/уменьшить?
  3. Какого ученого раскачивающаяся люстра побудила приступить к исследованиям колебаний?
  4. Примените метод Шерлока Холмса: от простого к сложному.
  5. А изменив массу груза пружинного маятника, что можно сказать о периоде его колебаний?
  6. Можно ли с помощью маятника продемонстрировать суточное вращение Земли?
  7. Существует ли идеальный маятник?
  8. Отметим особо: точность науки
  • Всегда выражается в том,
  • Что безупречный язык математики,
  • Служит ее языком!

Затем ученики ставят основные задачи урока – обобщить знания о простейших механических колебательных системах – маятниках, провести исследование зависимости периода математического и пружинного маятников от массы груза, решить разноуровневые задачи.

Учитель: так как задачу мы перед собой поставили, начинаем выполнять. Для начала давайте распределим вопросы на группы по объединяющему их признаку. Итак, .

Ученик 1. Например, к первой группе можно отнести вопрос 1, 3, 6, 7, т. к. в них речь идет, непосредственно, о маятниках и о времени их возникновения.

Ученик 2. Тогда, ко второй группе – 2, 5 т. к они говорят о необходимости рассмотреть зависимость периода маятников от массы.

Ученик 3. Остались вопросы 4 и 8, поэтому они и будут в одной группе. Следуя вопросу 4 необходимо что – то распределить, а вопросу 8, возможно, распределить формулы.

  1. Форма представления проекта (постер, альбом, видеофильм, презентация и т.п)
  2. Название проекта
  3. Проблема проекта
  4. Авторы проекта (школа, класс, количество участников)
  5. Научный руководитель/консультант
  6. Тип проекта:
    1. По доминирующей в проекте деятельности: исследовательский, творческий, практико-ориентировочный
    2. По предметно-содержательной области: культурологический, естественнонаучный, экологический, исторический
    3. По количеству участников проекта: личный, парный, групповой
    4. По широте охвата содержания: монопредметный, межпредметный

    Учитель: Ребята могут приступать к выполнению, а я поясню, какой материал получила каждая группа.

    Желтые – получили текст исторического содержания и иллюстрации к тексту на электронном носителе, зеленые – лабораторное оборудование и оранжевые – задачи.

    Далее учитель регулирует процесс работы каждой группы.

    Результат: у учащихся появился мотив к познанию, научились анализировать возникшую ситуацию и формировать интерес к проблеме.

    Основной этап урока

    Цель этапа урока: повторить ранее изученный материал через формирование умения работать с текстом, выделения основной мысли; умения работать с лабораторным оборудованием, наблюдать демонстрации, представлять результаты измерений в виде таблицы и графика, делать выводы по результатам эксперимента; умения анализировать и дифференцировать учебный материал (задачи) по уровню сложности, сформировать навыки решения задач. Развивать монологическую и диалогическую речь, умение выражать свои мысли.

    (вносится в конспект после представления учащимися)

    Конечным “продуктом” нашего мини-проекта является презентация которую выполнили ученики 9 класса Б МБОУ “Гимназия № 13”в количестве 5 человек, поэтому наш проект является групповым. Консультант проекта – учитель физики Доценко А. А. Свой мини-проект мы назвали (1 слайд) “История создания маятника” и поместили фото Галилея и Фуко, т. к. именно они являются основоположниками теории колебаний. Таким образом, перед нами встала проблема: какова история возникновения маятника (с чего и с кого все началось?). Поэтому на слайде 2 вы можете увидеть люстру Пизанского собора, как прародительницу первого маятника, и конечно дали определение маятнику. А так же показали его первое применение в медицине: “Удлиняя или укорачивая маятник, Галилей достигал согласования колебания маятника с биением пульса”. Слайд 3. Здесь мы уделили внимание еще одному маятнику, который внес огромный вклад в доказательства о вращении Земли – маятник Фуко. Впервые его продемонстрировали перед большим количеством людей в Парижском пантеоне и именно это мы и показали на слайде 4. Так как ученые используют для построения элементарной теории колебаний математический маятник, то и ему мы уделили внимание в своей работе. На слайде 5 вы можете увидеть его определение, а так же условия, при которых реальный маятник можно считать математическим. Заканчиваем нашу презентацию (слайд 6) выводом о том, к каким системам относится маятник. Таким образом, исходя из нашей работы мы решили, что по виду деятельности наш мини-проект относится к творческому, а по предметно-содержательной области – к естественно-научному и историческому, поэтому наш мини-проект можно считать межпредметным. Свою работу мы выполнили на компьютере с использованием текстовой информации и иллюстративного материала

    Результат: сформировано умение работать с текстом и выделять основную мысль. Достигнуто усвоение понятий маятник, математический маятник, а так же уяснили условия, при которых реальный маятник считается математическим, развита монологическая речь.

    Конечный “продукт” нашего мини-проекта представляет собой отчет в виде таблиц и графиков. Этот проект мы подготовили сообща, поэтому он является групповым. Помогал, т. е. консультировал и направлял нашу деятельность учитель физики Доценко А. А. Название нашему мини-проекту мы дали следующее “Исследование зависимости периода математического и пружинного маятников от массы груза”. Выявленная нами проблема: зависит ли и как зависит период математического и пружинного маятников от массы груза. Для ее решения мы использовали: нить длиной 1 м, пружину, заданной жесткости, набор грузов массой по 100 г, секундомер, калькулятор. Метод решения поставленной проблемы – исследовательский. В результате мы увидели (таблица 1 последняя колонка), что число не меняется, а на графике все точки лежат на прямой параллельной горизонтальной оси.

    № опыта Масса груза, m, кг Время движения, t, с Количество колебаний, N Период, Т, с 1 0,1 60 30 2 2 0,2 60 30 2 3 0,3 60 30 2 4 0,4 60 30 2

    Период пружинного же маятника зависит от массы (таблица 2 последняя колонка) – значения меняются, а графиком является не прямая, т. е. зависимость периода пружинного маятника от массы груза не является линейной. Поэтому по основному виду деятельности наш мини-проект является исследовательским, по предметно-содержательной области – естественно-научным, а по широте обхвата межпредметрным.

    № опыта Масса груза, m, кг Время движения, t, с Количество колебаний, N Период, Т, с 1 0,1 60 30 2 2 0,2 84 30 2,8 3 0,3 102 30 3,4 4 0,4 120 30 4

    Результат: сформировано умение работать с лабораторным оборудованием, наблюдать демонстрации, представлять результаты измерений в виде таблицы и графика, делать выводы по результатам эксперимента, развита диалогическая речь.

    Конечным “продуктом” нашего мини-проекта является вариант контрольной работы по теме “Механические колебания”. В составлении варианта принимали участие все ученики нашей группы, поэтому наш мини-проект, как и предыдущие является групповым. Помогал нам в нашей деятельности учитель физики Доценко А. А. наш проект мы назвали: контрольная работа по теме “Механические колебания”. Перед нами встала проблема: решить предложенные задачи. Приступив к выполнению работы мы увидели, что не все задачи подходят к нашей теме, поэтому из всех задач мы выбрали только 6. Затем, мы поняли, что эти задачи отличаются по сложности, а к трем из них предложены ответы. Тогда, мы решили распределить задачи так, как обычно у нас в контрольной работе и получили: часть А – 3 задачи с выбором варианта ответа; часть В – 2 задачи, потруднее, чем в части А и часть С – одна задача. Взглянув только на рисунок мы решили, что это точно часть С (ее решение предлагаем на доске). Так же хотим заметить, что одна из задач части А не имела правильного ответа и предложили свой (в таблице). Для быстроты распределения задач (что соответствует методу Шерлока Холмса: от простого к сложному) мы использовали компьютер; для быстроты вычисления – калькулятор, для наглядного изображения – доску и мел.

    А1. Грузик, подвешенный на нити, совершает свободные колебания между точками А и С (см. рисунок). Как направлен вектор ускорения грузика в точке В?

    1. 1
    2. 2
    3. 3
    4. 4
    1. Т;
    2. 2/3T
    3. 1/4T
    4. 1/8T
    1. увеличить массу маятника;
    2. уменьшить массу маятника;
    3. увеличить длину маятника;
    4. уменьшить длину маятника.

    В1. При свободных колебаниях за одно и тоже время первый маятник совершает одно колебание, а второй – три. Как относятся длины маятников?

    В2. Груз, подвешенный на пружине массой 4 кг, совершает свободные гармонические колебания. Какой должна стать масса груза, чтобы частота колебаний этого же груза увеличилась в 2 раза?

    С1. Найти период колебания тела массой m в системах, изображенных на рисунке.

    Жесткость пружин k1 и k2. Трением пренебречь.

    Номера заданий А1 А2 А3 В1 В2 Правильные ответы 1 Верный ответ 1/2T 3 9/1 1

    С1. Рассмотрим рис. а. При смещении тела, возникает возвращающая сила, действующая на обе пружины одновременно: Fвоз = Fупр1 + Fупр2,

    где Fвоз также является силой упругости. По закону Гука: Fупр = kx, где х – деформация, причем в данном случае она будет одинаковой. Подставим закон Гука в первую формулу и получим:

    Разделим обе части последнего уравнения на х: и полученную жесткость системы пружин подставим в формулу периода пружинного маятника:

    Теперь обратимся к рисунку б. В этом случае при смещении тела, также возникает возвращающая сила, в положении равновесия равная силе тяжести, т.е. Fвоз = mg, где Fвоз также является силой упругости. По закону Гука: Fупр = kx, где х – деформация, но в этом случае деформация будет разной, т. е. сила тяжести растягивает каждую пружину не одинаково. В положении равновесия:

    Откуда . Собираем все в самую первую формулу:

    Разделим обе части на mg и приведем к общему знаменателю: ) = 1,

    Следовательно, жесткость системы пружин будет иметь вид: , подставим ее в формулу периода пружинного маятника:

    Результат: сформировано умение анализировать и дифференцировать учебный материал (задачи) по уровню сложности, сформированы навыки решения задач.

    Цель этапа урока: провести рефлексивный анализ учебной деятельности учащихся на уроке.

    Учитель: для решения поставленной нами задачи: обобщить знания о простейших механических колебательных системах – маятниках, провести исследование зависимости периода математического и пружинного маятников от массы груза, решить разноуровневые задачи вы создавали свои мини-проекты. А теперь я предлагаю вам, посовещавшись в группе (1 – 3 мин.) высказать свое мнение о представленных мини-проектах, одноклассников (проводится обмен мнениями).

    Ученики: один/несколько учеников от группы высказывают свое мнение о представленных работах, возможно, предлагают свои варианты решения проблемы. Высказывают своё мнение об уроке.

    Результат: анализ деятельности одноклассников на уроке.

    Учитель: уточняет работу над домашним заданием – повторить параграф 24 – 29.

    Ученики: записывают задание на дом.

    Учитель: подводит итоги работы на уроке, благодарит учеников за хорошую работу и творческий подход к проведению урока.