Колебания, 11 класс

МОБУ «Троицкая средняя общеобразовательная школа

имени Г.К.Жукова»

Механические

колебания

Физика, 11 класс.

Учитель: Момолдаева Раиса Горяевна

с.Троицкое.

Физика, 11класс

Механические колебания

Цели урока:

Образовательные: сформировать у учащихся представления о колебательном движении; изучить свойства и основные характеристики периодических (колебательных) движений.

Развивающие: развивать умения и навыки анализировать знания и делать выводы; развитие речи учащихся через организацию диалогического общения на уроке; развитие и поддержка внимания учащихся через смену учебной деятельности.

Воспитательные: формировать познавательный интерес; воспитывать внимательность, дисциплинированность, трудолюбие; создать атмосферу коллективного поиска, эмоциональной приподнятости, радости преодоления трудностей.

Межпредметные связи: математика

Наглядность: демонстрация колебаний математического и пружинного маятников.

Оборудование: набор приборов для демонстрации колебательных процессов, справочник (Приложение 1).

План урока

I. Оргмомент;

II. Повторение известного материала;

III. Изучение колебательных систем;

IV. Практическая работа по таблицам;

V. Домашнее задание.

Ход занятия

I. Проблемная ситуация:

Какое физическое явление мы будем наблюдать, если отклонить шарик от положения равновесия и отпустить? Как называется эта система? (продемонстрировать) .

Математический маятник, пружинный, физический.

Возможные применения колебаний:

1. Колебание геомагнитного поля Земли под действием ультрафиолетовых лучей и солнечного ветра,

2. Влияние колебаний магнитного поля Земли на живые организмы, движение клеток крови,

3. Вредная вибрация ( разрушение мостов при резонансе, разрушение самолётов при вибрации),

4. Полезная вибрация (полезный резонанс при уплотнении бетона, вибросортировка,

5. Электрокардиограмма работы сердца,

6. Колебательные процессы в человеке ( колебание барабанной перепонки, голосовых связок, работа сердца и лёгких, колебания клеток крови).

II. Начнем с повторения.

Вопросы классу:

1. Какое движение совершает тело?

Сформулируйте определение колебательного процесса.

Колебательный процесс - это процесс, который повторяется через определённые промежутки времени.

2. Сформулируйте определения свободных и вынужденных колебаний (с примерами).

Свободные - это колебания, которые происходят без воздействия внешней силы.

Свободные колебания являются затухающими.

Вынужденные - это колебания, которые происходят под воздействием внешней периодической силы.

Вынужденные колебания - незатухающие.

3. Какие ещё виды колебаний вы знаете? Сформулируйте определение.

Гармонические колебания - это колебания, которые происходят по закону синуса или косинуса.

4. Условия возникновения колебаний? (продемонстрировать)

1) Наличие возвращающей силы, направленной против смещения;

2) Достаточное малое трение в системе.

III. Изучение колебательных систем.

Какова связь между колебательными движениями и функциями синус и косинус?

Для построения этой модели обратим внимание, что равномерное движение точки по окружности является периодическим процессом.

Даже будучи не знакомы с тригонометрическими функциями, достаточно легко построить график закона движения тени шарика. Для этого необходимо изобразить окружность, отметить на ней равноотстоящие точки, а затем нанести на график временной зависимости их координаты через равноотстоящие интервалы времени.

Графики каких функций напоминает эта линия? (sin x, cos x).

Характеристики гармонических колебаний:

1. Период колебаний – время, за которое маятник совершается одно полное колебание.

[Т] = с                 Т =

2. Частота колебаний – число полных колебаний в единицу времени.

[ν] = Гц     ν  =

3. Амплитуда колебаний – наибольшее (по модулю) отклонение тела от положения равновесия.       [А] = м.

4. Скорость [𝑣] = м/с

5. Ускорение [a] = м/с²

6. Фаза колебаний - Величину φ, стоящую под знаком функции косину­са или синуса, называют фазой колебаний, описываемой этой функцией.

[ φ] = рад.

7. Циклическая частота - число колебаний за 2π с

ω₀ = 2πν; ω₀Т = 2π; Т =

Связь периода колебаний с частотой: T = ; ν =

Рассмотрим колебания математического маятника

Механические колебания - это периодические изменения координаты, скорости и ускорения тела.

Что необходимо сделать, чтобы в колебательной системе возникли колебания?

- отклонить тело от положения равновесия и отпустить (продемонстрировать).

Превращение энергии в колебательном процессе

На примере пружинного маятника: (продемонстрировать ). (Приложение 2)

Уравнение колебательного процесса

Вывод уравнения для пружинного маятника с помощью закона сохранения энергии:

IV. Итак, мы получили уравнение колебательного процесса.

Вторая производная функции пропорциональна самой функции. Таким свойством обладают только функции синуса и косинуса.

(sin x)' = cos x; (cos x)' = - sin x.

Решение уравнения гармонических колебаний должно иметь вид произведения амплитуды колебаний х_т на синус или косинус.

Проверим:

Когда какую функцию выбирать зависит от значения координаты тела в начальный момент времени.

Если х = х_max, то выбираем функцию косинус. Если х = 0 - то синус.

V. Домашнее задание: §18-24, упр 3.

Литература

1. Физика 11 класс /Г.Я. Мякишев, Б.Б.Буховцев, В.М.Чаругин-М. : Просвещение,2009.

2. "Аналогия между механическими и электромагнитными колебаниями"/О.Н. Бурлова.

МОБУ «Троицкая средняя общеобразовательная школа

имени Г.К.Жукова»

Электромагнитные

колебания

Физика, 11 класс.

Учитель: Момолдаева Раиса Горяевна

с.Троицкое.

Физика, 11класс.

Электромагнитные колебания

Дидактическая цель урока: провести полную аналогию между механическими и электромагнит-ными колебаниями, выявив сходство и различие между ними.

Развивающая цель урока: научить обобщению, синтезу, анализу и сравнению теоретического материала; развивать умения и навыки анализировать знания и делать выводы; развитие речи учащихся через организацию диалогического общения на уроке

Воспитательная цель урока: воспитание отношения к физике, как к одному из фундаментальных компонентов естествознания.

Межпредметные связи: математика

Наглядность: демонстрация колебаний математического и пружинного маятников, зарядки и разрядки конденсатора.

Оборудование: набор приборов для демонстрации колебательных процессов, листы для практических работ с таблицами для каждого учащегося (распечатать на листе А4 с двух сторон: задать печать 2 страницы на лист номера 4,1; на обратной стороне листа задать печать 2 страницы на лист номера 2,3).

I. Оргмомент;

II. Повторение известного материала

с одновременной проверкой знаний;

III. Изучение электромагнитных колебаний

в колебательном контуре;

IV. Вывод уравнения колебательного процесса;

V. Домашнее задание.

Ход занятия

I. Оргмомент.

Сегодня мы продолжим изучение колебательных процессов.

II. Актуализация знаний ( используем справочник - Приложение 1, раздаточные листы)

Фронтальная беседа с одновременным заполнением рабочих листов.

1. Гармонические колебания?

- это колебания, которые происходят по закону синуса или косинуса.

2. Характеристики гармонических колебаний?

- Период колебаний – время, за которое маятник совершается одно полное колебание.

[Т] = с                 Т =

- Частота колебаний – число полных колебаний в единицу времени.

[ν] = Гц     ν  =

- Амплитуда колебаний – наибольшее (по модулю) отклонение тела от положения равновесия

(величина, стоящая перед знаком функции косину­са или синуса).       [А] = м.

- Скорость [𝑣] = м/с

- Ускорение [a] = м/с²

- Фаза колебаний - Величину φ, стоящую под знаком функции косину­са или синуса, называют фазой колебаний, описываемой этой функцией.

[ φ] = рад.

- Циклическая частота - число колебаний за 2π с

ω₀ = 2πν; ω₀Т = 2π; Т =

- Связь периода колебаний с частотой: T = ; ν =

3. Механические колебания?

- это периодические изменения координаты, скорости и ускорения тела.

4. Уравнение координаты колеблющегося тела?

5. Решение этого уравнения?

х = х_max cos ω₀t или х = х_max sin ω₀t

Проверяем эти решения: вычисляем первую и вторую производные координаты.

III. Изучение процессов в колебательном контуре

1. Создание проблемной ситуации

Демонстрация зарядки и разрядки конденсатора.

Оборудование: 1) набор конденсаторов; 2) гальванометр школьный (миллиамперметр); 3) выпрямитель; 4) переключатель двухполюсный; 5) соединительные провода.

Если гальванометр заменить катушкой?

?????

Простейшая система, в которой могут происходить сво­бодные электромагнитные колебания, состоит из конденса­тора и катушки, присоединенной к его обкладкам , и называется колебательным контуром.

Задание учащимся: Заполнение таблиц №1, №2, №3 для электромагнитных колебаний.

Электромагнитные колебания -это периодические изменения заряда, силы тока и напряжения

2. Что необходимо сделать, чтобы в колебательной системе возникли колебания?

- Зарядить конденса­тор от источника постоянного напряжения (ключ в положении 1), а затем перевести ключ в положение 2.

3. Рассмотрим процессы, происходящие в колебательном контуре:

Таблица 5.

4. Превращение энергии в колебательном контуре

4. Cоответствие между механическими и электрическими величинами при колебательных процессах.

Уравнению соответствует - уравнение, описывающее колебания в контуре.

Какое решение выбираем для второго уравнения - через синус или косинус?

От чего зависит выбор?

От начальных условий: на конденсаторе находится максимальный заряд q_m,

q = q_m cos ω₀t; т.к.

i = (q_m cos ω₀t)^! = - q_m ω₀ sin ω₀t = I_m cos (ω₀t + ), где I_m = q_m ω₀

Колебания силы тока опережают по фазе на колебания заряда.

Можно показать на графиках:

IV. Вывод уравнения колебательного процесса.

Задание учащимся: Самостоятельное заполнение таблицы №4 для электромагнитных колебаний.

Задачи на колебательные процессы будем решать на следующем уроке.

Работы на листах всем сдать.

Оценивается правильное и полное заполнение листов.

V. Домашнее задание. §29-30, повторить §18-24, 27,28.

Литература

1. Физика 11 класс /Г.Я. Мякишев, Б.Б.Буховцев, В.М.Чаругин-М. : Просвещение,2009.

2. "Аналогия между механическими и электромагнитными колебаниями"/О.Н. Бурлова.

Работа учени_____11 кл_____________________________________________

1. Гармонические колебания - это колебания,____________________________ ___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

2. Характеристики гармонических колебаний:

Справочник

Графики функции синус, y = sin x и функции косинус, y = cos x

Гармонические колебания -- периодические изменения физической величи-ны в зави­симости от времени, происходящие по закону синуса или косинуса.

Амплитуда колебаний. Амплитудой гармонических ко­лебаний называется модуль наибольшего смещения тела от положения равновесия. Амплитуда определяется на­чальными условиями, а точнее энергией, сообщаемой телу. Но максимальные значения модуля синуса и модуля коси­нуса равны единице. Поэтому решение уравнения гармонических колебаний должно иметь вид произведения амплитуды колебаний х_т на синус или косинус.

Фаза колебаний. Величину φ, стоящую под знаком функции косину­са или синуса, называют фазой колебаний, описываемой этой функцией. Выражается фаза в угловых единицах — радианах. Фаза определяет при заданной амплитуде состояние колебательной системы в любой момент времени.

Так как ω₀t = , то φ = ω₀t = 2

Сдвиг фаз.

Для определения разности фаз двух колебаний надо в обоих случаях колеблющуюся величину выразить через одну и ту же тригонометрическую функцию — косинус или синус.

Механическая энергия

Приложение 2

Превращение энергии в колебательном процессе

Приложение 2

Превращение энергии в колебательном процессе