Исследование колебаний пружинного маятника

Субкомпетенции:

·         Экспериментальное исследование механических колебаний и построение математической модели колебаний пружинного маятника.

Операциональные цели: в конце урока ученики будут способны:

Ø  показать применение информационных технологий в практической деятельности, межпредметные связи дисциплин «информатика» и «физика»;

Ø  провести исследования физических закономерностей;

Ø  закрепить умения и навыки работы в программе Microsoft Excel;

Ø  вырабатывать умения применять полученные знания при решении задач различной направленности.

Форма проведения: интегрированный урок, урок-практикум, урок обобщения.

Методы обучения: проблемно-исследовательская работа, работа в группах, анализ.

Краткая аннотация урока:

Данный урок проводится как обобщающий после изучения тем по физике: «Механические колебания» и по информатике: «Моделирование и формализация. Работа с электронной таблицей». Урок является бинарным, в связи с чем наглядно представлена связь между двумя учебными предметами: физикой и информатикой.

На уроке обучающиеся выполняют исследовательскую работу для выявления зависимости между величинами, характеризующими колебательное движение. Работа выполняется двумя способами: с помощью лабораторного оборудования и компьютерного практикума в программе Microsoft Excel.

Оборудование: карточки с названием формул, задания для групп, лабораторное оборудование.

• Экспериментальное исследование механических колебаний и построение математической модели колебаний пружинного маятника.

Операциональные цели: в конце урока ученики будут способны:

• показать применение информационных технологий в практической деятельности, межпредметные связи дисциплин «информатика» и «физика»;

• провести исследования физических закономерностей;

• закрепить умения и навыки работы в программе Microsoft Excel;

• вырабатывать умения применять полученные знания при решении задач различной направленности.

Форма проведения: интегрированный урок, урок-практикум, урок обобщения.

Методы обучения: проблемно-исследовательская работа, работа в группах, анализ.

Краткая аннотация урока:

Данный урок проводится как обобщающий после изучения тем по физике: «Механические колебания» и по информатике: «Моделирование и формализация. Работа с электронной таблицей». Урок является бинарным, в связи с чем наглядно представлена связь между двумя учебными предметами: физикой и информатикой.

На уроке обучающиеся выполняют исследовательскую работу для выявления зависимости между величинами, характеризующими колебательное движение. Работа выполняется двумя способами: с помощью лабораторного оборудования и компьютерного практикума в программе Microsoft Excel.

Оборудование: карточки с названием формул, задания для групп, лабораторное оборудование.

Учитель: Здравствуйте, ребята!

Сегодня на уроке мы будем изучать колебания пружинного маятника с помощью программы Microsoft Excel.

Цель урока, исследовать связь между величинами, характеризующими колебания пружинного маятника.

1. Постановка задачи.

2. Разработка модели.

3. Компьютерный или физический эксперимент.

4. Анализ полученных результатов.

По этому плану мы сегодня и будем работать. Но прежде, чем приступить к этой работе вспомним с вами программу Microsoft Excel, так как именно с ее помощью будет проведен компьютерный эксперимент. Ответьте на вопросы.

1. Для чего предназначена программа?

2. Как вы понимаете термин «деловая графика»?

3. При помощи какой команды в меню можно построить диаграммы?

4. Какой тип диаграммы лучше взять для построения графика?

5. Что является минимальным элементом таблицы? Как он называется?

6. Что такое диапазон таблицы?

7. Как задать формулу для вычислений?

8. Каким способом можно занести формулу в несколько ячеек?

9. Что делать, если в формуле присутствуют элементарные математические функции?

Итак, приступим к построению модели. Первый этап – постановка задачи.

Учитель: А теперь нам необходимо повторить то, что мы знаем о колебательном движении.

Работаем у доски по карточкам.

Карточка 1: Формула для нахождения силы упругости.

Карточка 2: Формула для нахождения циклической частоты.

Карточка 3: Формула для периода колебания пружинного маятника.

Ответьте на вопросы:

1. Что такое колебательное движение?

2. Какие колебания называются свободными?

3. Что такое маятник?

4. Что собой представляет пружинный маятник?

5. Что такое циклическая частота?

6. Что такое период колебания.

7. Дайте определение силы упругости.

8. Сформулируйте закон Гука.

Проверим работу, которую выполняли у доски.

Посмотрите, ребята, на первую формулу. Скажите, как, по вашему мнению, сила упругости зависит от удлинения пружины.

Работаем теперь со второй формулой. Сделайте предположение, как циклическая частота зависит от массы груза.

Посмотрев на третью формулу, ответьте, как вы думаете, какова связь между периодом и массой тела.

Вы сделали три предположения, то есть выдвинули гипотезы. Наш великий соотечественник Михаил Васильевич Ломоносов говорил: «Один опыт я ставлю выше, чем тысячу мнений, рожденных только воображением». Поэтому подвергнем все наши гипотезы экспериментальной проверке.

Учитель: Переходим ко второму этапу – разработке модели, т. е. в данном случае построению математической модели задачи. Необходимо записать формулы, которые на доске, в том виде, в каком они будут использоваться в электронных таблицах.

Переходим к третьему этапу – эксперименту. Работать будем следующим образом. Каждая команда получает по заданию. Три человека остаются на местах и проводят физический эксперимент. Двое идут за компьютеры и проводят то же исследование, но с помощью программы Microsoft Excel.

Учитель: Первая группа, вы будете исследовать связь между силой упругости и удлинением пружины.

Вторая группа получает следующее задание. Исследовать зависимость циклической частоты от массы тела.

Третья группа, вы будете исследовать зависимость периода колебания от массы тела.

Задание для группы 1 (физический эксперимент).

Цель эксперимента: исследовать связь между силой упругости и удлинением пружины.

Ход эксперимента:

1. измерить начальную длину пружины.

2. подвесив на пружину один груз весом 1 Н, выяснить, на сколько удлинилась пружина.

3. повторить опыт с двумя грузами.

4. заполнить таблицу и сделать вывод.

Вывод:

Задание для группы 1 (программа Microsoft Excel)

Цель: исследовать связь между силой упругости и удлинением пружины, начертить график этой зависимости.

Ход эксперимента:

1. Запустить программу Microsoft Excel.

2. Ввести данную таблицу.

3. Использовать для ввода второй строки формулу, с последующим ее копированием.

4. По получившимся данным построить диаграмму типа точечная.

K=7,5 Н/м

Вывод:

Задание для группы 2 (физический эксперимент)

Цель эксперимента: Исследовать зависимость циклической частоты от массы тела.

Ход эксперимента:

1. подвесив на пружину груз массой 0,1 кг, посчитать, сколько полных колебаний совершает пружинный маятник за 6,28 с.

2. Повторить опыт с двумя грузами.

3. Заполнить таблицу и сделать вывод.

Вывод:

Задание для группы 2 (программа Microsoft Excel)

Цель: Исследовать зависимость циклической частоты от массы тела и начертить график этой зависимости.

Ход эксперимента:

1. Запустить программу Microsoft Excel.

2. Ввести данную таблицу.

3. Использовать для ввода второй строки формулу, с последующим ее копированием.

4. По получившимся данным построить диаграмму типа точечная.

К=7,5 Н/м

Вывод:

Задание для группы 3. (физический эксперимент)

Цель эксперимента: исследовать зависимость периода колебания от массы тела.

Ход эксперимента:

1. Подвесив к пружине груз массой 0,1 кг, выяснить, за сколько секунд маятник делает 10 колебаний. Вычислить период колебаний.

2. Повторить опыт с грузом массой 0,2 кг.

3. Заполнить таблицу и сделать вывод.

Вывод:

Задание для группы 3 (программа Microsoft Excel)

Цель: исследовать зависимость периода колебания от массы тела и начертить график этой зависимости.

Ход эксперимента:

1. Запустить программу Microsoft Excel.

2. Ввести данную таблицу.

3. Использовать для ввода второй строки формулу, с последующим ее копированием.

4. По получившимся данным построить диаграмму типа точечная.

К=7,5 Н/м

Вывод:

Учитель: Переходим к четвертому этапу построения информационной модели – анализу полученных результатов. Группы сравните результаты, полученные после выполнения двух различных видов работ.

Учитель: Запишем выводы в тетрадях.

• Чем больше удлинение пружины, тем больше возникающая сила упругости.

• Чем больше масса груза, тем меньше циклическая частота колебаний пружинного маятника.

• Чем больше масса груза, тем больше период колебания пружинного маятника.

Ответьте на контрольные вопросы:

Группа 1. Как меняется возникающая в пружине сила упругости при удлинении пружины в 3 раза?

Группа 2. Как меняется циклическая частота колебаний маятника при увеличении массы груза в 4 раза?

Группа 3. Как меняется период колебания маятника при увеличении массы груза в 9 раз?

Выводы, сделанные во время исследований вам обязательно пригодятся в 11 классе при изучении электромагнитных колебаний, а также при сдаче экзаменов по физике.

Учитель: Итак, ребята, мы с вами успешно справились с задачей – построением информационной модели колебаний пружинного маятника

V. Домашнее задание: Запишите домашнее задание: построить информационную модель для периода математического маятника.