Урок физики в 9 классе Период и частота гармонических колебаний

"Период и частота гармонических колебаний"
Цель: изучить основные характеристики пружинного и математического маятников.
Задачи: подготовка учащихся, усвоивших следующие знания:
период и частота колебаний пружинного маятника зависят от массы груза и жёсткости пружины;
период и частота колебаний математического маятника зависят от длины нити и ускорения свободного падения;
период и частота колебаний маятников зависят только от параметров колебательной системы.
Ход урока
Организационный момент:
Учитель: Добрый день. Сегодня ми продолжаем изучать тему “Механические колебания”. На прошлых уроках мы рассмотрели, какие процессы можно назвать колебательными. Какие движения называют механическими колебаниями и провели классификацию колебаний. Вспомните, какие основные виды механических колебаний нам известны?
Сегодня мы продолжим изучение механических колебаний. Но сначала вспомним, что мы уже узнали о механических колебаниях.
2. Проверка домашнего задания
1. Какие движения называются колебательными?
2. Какую физическую величину называют амплитудой колебаний?
3. Какую физическую величину называют частотой колебаний?
4. Под действием, каких сил происходят колебания в пружинном маятнике?
5. В каких точках траектории колеблющегося тела скорость равна нулю?
6. В каких точках траектории колеблющееся тело обладает только кинетической энергией?
7. Какие колебания называют свободными?
8. Какие колебания называют затухающими? 1. В чём состоит главное отличие колебательного движения от других видов движения?
2. Какую физическую величину называют периодом колебаний?
3. Как связаны между собой период и частота колебаний?
4. Под действием, каких сил происходят колебания в математическом маятнике?
5. В каких точках траектории колеблющегося тела ускорение равно нулю?
6. В каких точках траектории колеблющееся тело обладает только потенциальной энергией?
7. Какие колебания называют вынужденными?
8. В чём состоит явление резонанса?
2. Организация деятельности учащихся:
а) Мотивация.
Учитель: Знаете ли вы, что в сентябре 1985 года в Мехико произошло землетрясение. Оно было чрезвычайно разрушительным. Как установили эксперты, возникшие во время землетрясения колебания, случайно совпали с собственными колебаниями почвы под многими, частями города, а так же с собственными колебаниями многих зданий. Чрезвычайная длительность землетрясения способствовала развитию резонансных явлений, которые и привели к разрушению зданий. Главной причиной разрушения в большинстве случаев была частота собственных колебаний зданий. Отсюда практический вывод: при строительстве в сейсмической зоне новых зданий следует неуклонно следить за тем, чтобы собственные колебания зданий не совпадали с собственными колебаниями грунта, - таким путём удастся значительно смягчить резонансный эффект. А для того, чтобы это уметь учитывать, нужно знать, от чего зависит частота и период колебаний. Давайте выясним эту зависимость. Запишем тему урока:
“Период и частота гармонических колебаний”.
б) Организация деятельности учащихся по созданию знания.
Учитель: Колебательное движение – движение периодическое, поэтому нужно получить формулу для вычисления периода колебаний. Цель сегодняшнего урока – выяснить от чего зависит период и частота колебаний пружинного и математического маятника. Рассмотрим пружинный маятник. Как вы думаете?
Таким же образом выдвигаются следующие три гипотезы: период колебаний математического маятника зависит от: - длины нити; - массы груза; - амплитуды колебаний.
в) Обсуждение результатов.
Период колебаний пружинного маятника.
1. Чем больше масса груза, тем больше период его колебаний: Т~m2. Чем больше жёсткость пружины, тем меньше период колебаний: Т~
3. Период колебаний пружинного маятника не зависит от амплитуды.

Учитель: Давайте вспомним, как связаны между собой период и частота колебаний маятников?
На доске появляется запись:

Учитель: Мы установили экспериментально и получили теоретически зависимость периода и частоты колебаний от параметров самой колебательной системы. Подведём итог.
На доске появляется запись:
Вывод: Период и частота колебаний пружинного маятника зависит только от параметров колебательной системы: массы груза и жёсткости пружины.
Период колебаний математического маятника.
1. Период колебаний математического маятника не зависит от массы груза.
2. Чем больше длина нити маятника, тем больше период колебаний: Т~ l
3. Период колебаний математического маятника не зависит от амплитуды.
Затем проецируется кодоплёнка группы “Теоретиков” №2, которые делают теоретический вывод формулы колебаний пружинного маятника с пояснениями. На доске появляется запись:

Вывод: Период и частота колебаний математического маятника зависит только от параметров колебательной системы: длины нити и ускорения свободного падения.
Учитель: Эта формула была впервые получена голландским учёным Х. Гюйгенсом, современником Ньютона. Зависимость периода колебаний от значения ускорения свободного падения используется на практике. Измеряя очень точно период колебания маятника, можно с большой точностью определить g. Ускорение свободного падения меняется с географической широтой. Но и на заданной широте оно не везде одинаково. В районах, где залегают плотные породы, ускорение свободного падения несколько больше. Этим пользуются при разведке полезных ископаемых.
г) Домашнее задание.
Учитель: Сегодня нам не удалось практически проверить зависимость периода колебаний математического маятника от ускорения свободного падения. Но эту зависимость можно обнаружить. Рассчитайте период колебаний математического маятника длиной 1м на Луне. Затем для того же маятника рассчитайте период колебаний у поверхности земли, где g=9,81м/с2. Сравните эти значения. Это будет вашим домашним заданием.
д) Формулирование физического суждения.
Учитель: Итак, рассмотрев обе колебательные системы, мы экспериментально доказали и получили теоретически две важные зависимости (обращается внимание на доску) и два важных вывода.
Посмотрев на них, мы можем сформулировать общий вывод. Каким он будет? Кто догадался?
Вывод: Период и частота колебаний любого маятника всегда зависит только от параметров колебательной системы.
Задание на дом.
Параграф 27
Упражнение 22, 23
Подготовка к лабораторной работе
Колебания математического и пружинного маятников.
Период колебаний математического и пружинного маятников.
Проверка домашнего задания
1 вариант
1. Какие движения называются колебательными?
2. Какую физическую величину называют амплитудой колебаний?
3. Какую физическую величину называют частотой колебаний?
4. Под действием, каких сил происходят колебания в пружинном маятнике?
5. В каких точках траектории колеблющегося тела скорость равна нулю?
6. В каких точках траектории колеблющееся тело обладает только кинетической энергией?
7. Какие колебания называют свободными?
8. Какие колебания называют затухающими? 2 вариант
1. В чём состоит главное отличие колебательного движения от других видов движения?
2. Какую физическую величину называют периодом колебаний?
3. Как связаны между собой период и частота колебаний?
4. Под действием, каких сил происходят колебания в математическом маятнике?
5. В каких точках траектории колеблющегося тела ускорение равно нулю?
6. В каких точках траектории колеблющееся тело обладает только потенциальной энергией?
7. Какие колебания называют вынужденными?
8. В чём состоит явление резонанса?
Задание 1 варианта: Выберите ситуации, в которых приведены правильные суждения:
1. Период колебания математического маятника увеличился при увеличении дины нити. 2. Период колебаний пружинного маятника уменьшился при увеличении массы груза. 3. Период колебания математического маятника уменьшился при увеличении дины нити.
4. Период колебания математического маятника увеличился при увеличении амплитуды колебаний. 5. Период колебаний пружинного маятника увеличился при увеличении жёсткости пружины. 6. Период колебаний пружинного маятника увеличился при увеличении массы груза.
7. Частота колебаний пружинного маятника увеличилась при увеличении массы груза. 8. Частота колебания математического маятника увеличилась при увеличении дины нити. 9. Частота колебания математического маятника уменьшилась при уменьшении ускорения свободного падения.
Задание 2 варианта: Выберите ситуации, в которых приведены правильные суждения:
1. Частота колебаний пружинного маятника увеличилась при уменьшении массы груза. 2. Частота колебания математического маятника увеличилась при уменьшении амплитуды колебаний. 3. Период колебания математического маятника уменьшился при увеличении массы груза.
4. Период колебания математического маятника увеличился при уменьшении ускорения свободного падения. 5. Период колебаний пружинного маятника уменьшился при увеличении жёсткости пружины. 6. Период колебаний пружинного маятника увеличился при увеличении массы груза.
7. Период колебания математического маятника увеличился при увеличении дины нити. 8. Частота колебания математического маятника увеличилась при уменьшении дины нити. 9. Период колебаний пружинного маятника уменьшился при увеличении массы груза.