Автор Кудря Ирина Анатольевна

Автор Кудря Ирина Анатольевна
Образовательное учреждение МБОУ «СОШ № 5»
Предмет физика
Класс 10
Название темы «Вынужденные колебания. Резонанс»
Роль и место данной темы: шестой урок в теме «Механические колебания и волны»
Продолжительность урока 45 минут
Цель урока: изучение вынужденных колебаний и явления резонанса.
Задачи:
- образовательные: рассмотреть характерные особенности вынужденных колебаний, выяснить, от
чего зависит амплитуда вынужденных колебаний.
- развивающие: развитие мыслительной деятельности учащихся с помощью решения
исследовательских задач.
- воспитательные: воспитание познавательного интереса к предмету; формирование умения
строить логическую цепочку рассуждений.
Учебно-методическое обеспечение
1. Касьянов В. А. «Физика-10, профильный уровень»
2. Разработки Единой коллекции цифровых образовательных ресурсов
http://school-collection.edu.ru/
Оборудование и ресурсы: персональный компьютер, проектор, экран, презентация.
Средства обучения: Цифровой ресурс «Модель 2.17. Вынужденные колебания. 2.4. Затухающие
колебания. Вынужденные колебания. Резонанс», Видеоролик «Резонанс разрушает мост»,
Видеоролик - анимация «Резонанс на службе у древних людей».
План урока
№ п/п
Этапы урока
Время, мин.
1
Организационный момент
3
2
Повторение изученного материала
10
2
Объяснение нового материала по теме: «Вынужденные колебания.
15
Резонанс»
3
Закрепление нового материала с помощью компьютерной модели
15
«Вынужденные колебания»,
Просмотр видеороликов по теме
4
Объяснение домашнего задания
2
Сценарий урока
I. Повторение изученного материала
1. (Слайд 2).Интерактивное задание, Мультимедиа «Затухающие колебания. Вынужденные
колебания. Резонанс (N 206101)». Работа с интерактивной моделью свободных колебаний.
Заполнение таблицы с указанием, как меняются перечисленные величины. http://files.schoolcollection.edu.ru/dlrstore/669bc79d-e921-11dc-95ff-0800200c9a66/2_4.swf
2. (Слайд 3). Найдите ошибки в определениях:
А). Вынужденные колебания – колебания, происходящие под действием внутренних сил в
системе.
Б). Главной особенностью систем, в которых происходят свободные колебания, является наличие
у них положения устойчивого равновесия.
В). Амплитуда колебаний прямо пропорциональна полной энергии колебательной системы.
Г). Сила трения в колебательном процессе совершает положительную работу, уменьшая его
механическую энергию.
Д). Статическое смещение – изменение положения равновесия колебательной системы под
действием постоянной силы.
Е). Затухающие колебания – колебания, частота которых уменьшается с течением времени.
3. Запишите на доске и в тетрадях уравнения изменения координаты, скорости и ускорения в
колебательном процессе.
II. Объяснение нового материала (этот этап урока проходит в форме эвристической беседы
учителя с учащимися с одновременным показом электронной презентации)
Потери механической энергии в любой колебательной системе из-за наличия сил трения
неизбежны, поэтому без «подкачки» энергии извне колебания будут затухающими. Существует
несколько принципиально различных способов создания колебательных систем незатухающих
колебаний. Остановимся более подробно на рассмотрении незатухающих колебаний под
действием внешней периодической силы. Такие колебания называются вынужденными.
(Слайд 4).
Продолжим изучение движения гармонического маятника (Рис.). Помимо силы упругости,
на шарик действует внешняя вынуждающая периодическая сила, изменяющаяся по
гармоническому закону
, (1) частота, которой может отличаться от собственной
частоты колебаний маятника ω0. Природа этой сил в данном случае нам не существенна. Создать
такую силу можно различными способами, например, сообщить шарику электрический заряд и
поместить его во внешнее переменное электрическое поле.
Для составления уравнения движения колеблющегося тела к доске приглашается один из
обучающихся (по желанию). Уравнение движения шарика в рассматриваемом случае при Fсопр= 0
имеет вид:
max = -kx + F0 cosωt (2 з-н Ньютона) (2), работая с уравнениями изменения координаты, скорости
и ускорения в колебательном процессе ax = - ω2A cosωt (3) и x = A cosωt (4), обучающийся
получает выражение
-m ω2A cosωt = -kA cosωt + F0 cosωt, (5) k=mω2, (6)
выразим А (Слайд 5):
F0
A=|
|
(7)
2
m( 0   2 )
F0
(7)
m 02
(Слайд 6) – резонансная кривая
A=
Проанализируем выражения (7)
а). ω = 0, Fх = F0 б). ω < ω0
Отметим, что коэффициент A, согласно полученному выражению (7), может быть как
положительным (при ω0 < ω), так и отрицательным (при ω0 > ω). Изменение знака соответствует
изменению фазы колебаний на π (причина такого изменение будет выяснена чуть позже), поэтому
амплитудой колебаний является модуль этого коэффициента A. Амплитуда установившихся
колебаний, как и следовало ожидать, пропорциональна величине вынуждающей силы. Кроме того,
эта амплитуда сложным образом зависит от частоты вынуждающей силы. Схематический график
этой зависимости показан на рис.
Как следует из формулы (7) и хорошо видно на графике, при приближении частоты
вынуждающей силы к собственной частоте системы амплитуда резко возрастает. Причина такого
возрастания амплитуды понятна: вынуждающая сила «во время» подталкивает шарик, при полном
совпадении частот установившейся режим отсутствует – амплитуда возрастает до бесконечности.
Конечно, на практике такого бесконечного возрастания наблюдать невозможно: во-первых, это
может привести к разрушению самой колебательной системы, во-вторых, при больших
амплитудах колебаний нельзя пренебрегать силами сопротивления среды. Резкое возрастание
амплитуды вынужденных колебаний при приближении частоты вынуждающей силы к
собственной частоте колебаний системы называется явлением резонанса.
III. Закрепление нового материала:
1. Работа с компьютерной моделью: с помощью компьютерной модели «Вынужденные
колебания» (ФИЗИКОН – лаборатории – вынужденные колебания) [2], (Слайд 7).
1). Задать некоторые параметры колебательной системы
k=
m=
2). Изменяя частоту вынуждающей силы, рассмотреть, какие изменения происходят с
амплитудой колебаний?
3). Определить собственную частоту колебательной системы и сравнить её с частотой
вынуждающей силы.
2. Просмотр видеороликов.
- http://school-collection.edu.ru/catalog/res/a89aeebf-ae8e-4032-85c4-d393fb693e4c
Видеоролик анимация Резонанс на службе у древних людей. (N 186590)
- http://school-collection.edu.ru/catalog/res/a794a2d4-3d84-421c-a8db-9bdd06e0bf76 Видеоролик "Резонанс разрушает мост" (N 186592)
Домашнее задание: § 38, стр. 175 (1,2)
Список литературы
1. Касьянов В.А. Физика. 10 класс: учебник для общеобразовательных учреждений (профильный
уровень) [Текст] / В. А. Касьянов. – М.: Дрофа, 2011. – 436 с.
2. Физика, 7-11 классы, практикум [электронный ресурс]: интерактивный курс физики для 7-11
классов. –М.: Физикон, 2004.- 2 электронных оптических диска ( СД-ROM): зв.,цв.
3. Свободные и вынужденные колебания, резонанс [Электронный ресурс]. http://www.youtube.com/watch.
4. Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов [Электронный ресурс]. http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore.
5. Вынужденные колебания [Электронный ресурс]. - http://ru.wikipedia.org/wiki