Войти в мой кабинет
Регистрация
ГОТОВЫЕ РАБОТЫ / ДИПЛОМНАЯ РАБОТА, РАЗНОЕ

Разработка и использование учебного видеосопровождения по теме «Механические колебания и волны» в школьном курсе физики

irina_k20 1400 руб. КУПИТЬ ЭТУ РАБОТУ
Страниц: 56 Заказ написания работы может стоить дешевле
Оригинальность: неизвестно После покупки вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100% с помощью сервиса
Размещено: 25.06.2020
Цель работы: разработать и рассмотреть особенности использования учебного видеосопровождения в виде электронного образовательного ресурса в процессе изучения темы «Механические колебания и волны» Для достижения поставленной цели необходимо решить следующий ряд задач: 1. Описать теоретические и методические основы темы «Механические колебания и волны» школьного курса физики. 2. Изучить особенности использования видеосопровождения в процессе изучения темы «Механические колебания и волны». 3. Разработать комплекс учебного видеосопровождения в виде электронного образовательного ресурса по теме «Механические колебания и волны». 4. Показать результативность используемого видеосопровождения в учебном процессе. Объект исследования: тема «Механические колебания и волны». Предмет исследования: учебное видеосопровождение в виде электронного образовательного ресурса по теме «Механические колебания и волны» школьного курса физики. Методы исследования: - изучение и анализ электронных источников; - сравнение и выявление необходимой информации, формулирование выводов. Практическая значимость исследования заключается в том, что систематизированный материал и разработанное видеосопровождение по теме «Механические колебания и волны» эффективно могут быть использованы в учебном процессе образовательных учреждений среднего общего образования. В соответствии с целью и задачами исследования работа включает в себя: введения, основной части, заключения и библиографического списка.
Введение

В сегодняшнее время, связи с информатизацией всех сфер жизнедеятельности, к организации образовательных процессов предъявляются новые требования. При этом возникают вопросы, связанные с возможностью использования в учебном процессе образовательных учреждений среднего общего образования современных технологий мультимедия, программного обеспечения, которые позволяют более эффективно решать множество задач образования и воспитания обучающихся. Развитие информационных технологий ставит перед собой задачу развития и широкого использования в образовательном процессе современных методов обучения. Особое внимание отведено разработке и использованию учебного видеосопровождения в процессе изучения определенных дисциплин. Учебное видеосопровождение в образовательной деятельности представляет собой один из способов повышения интереса учащихся к изучению предмета, реализации идеи развивающего и проблемного обучения, возможности увеличения темпа занятия, объема самостоятельной деятельности. Использование учебного видеосопровождения в учебном процессе ярко представлены в исследованиях А.А. Александрова, А.С. Енина, П. И. Образцова, К.М. Пояркова, В.А. Стародубцева и др. Актуальной является разработка учебного видеосопровождения в виде электронного образовательного ресурса, как оптимальной формы для систематизации и использования материала по конкретной теме. Процесс изучения темы «Механические колебания и волны» предполагает широкое использование учебного видеосопровождения на всех видах учебных занятий и в процессе организации аудиторной и внеаудиторной самостоятельной работы. В этой связи разработка учебного видеосопровождения по теме «Механические колебания и волны» является актуальной. Исходя из сказанного выше, сформулирована тема работы: «Разработка и использование учебного видеосопровождения по теме «Механические колебания и волны» в школьном курсе физики».
Содержание

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………..……….3 Глава 1 Теоретико-методические основы темы «Механические колебания и волны» в школьном курсе физики…………………………………………………..6 1.1 Тема «Механические колебания и волны» в школьном курсе физики……………………………………………...………………………….6 1.2 Анализ современного состояния изучения механических колебаний и волн в школе…………………………………………………………………..8 1.3 Методика изучения основных понятий темы «Механические колебания и волны» в школьном курсе физики………………………………………………………………………..14 Глава 2 Разработка учебного видеосопровождения по теме «Механические колебания и волны» в школьном курсе физики………………………………….30 2.1 Видеосопровождение и его роли в учебном процессе…………………………………………………………………..30 2.2 Проектирование учебного видеосопровождения по теме «Механические колебания и волны»……………………………………………………………………34 2.3 Особенности разработки и результаты применения учебного видеосопровождения по теме «Механические колебания и волны»……………………………………………………………………47 Заключение……………………………………………………………………........53 Список литературы……………………………………...…………………………55
Список литературы

1. Александров Л.А., Яшкин А.Я. Курс общей физики. Механика. – М.: Просвещение, 2003. – 416 с. 2. Анофрикова С.В., Бобкова М.А., Бордонская Л.А. и др.; Под ред. Каменецкого С.Е., Ивановой Л.А. Методика преподавания физики в средней школе. – М.: Просвещение, 1987. – 336 с. 3. Бабаков И.М. Теория колебаний: учеб. пособие /И. М. Бабаков. — 4-е изд., испр. — М.: Дрофа, 2004. — 591 с. 4. Бальва О.П., Фадеева А.А.ЕГЭ. Физика. Универсальный справочник. - М.: Эксмо, 2010. - 352 с. 5. Каменецкий С.Е. Теория и методика обучения физике в школе. М.: Издательский центр «Академия», 2000. - 384 с. 6. Волькенштейн В.С. Сборник задач по физике. - М.: Наука, 2005. – 384 с. 7. Генденштейн, Л. Э. физика. 9 класс: Учебник для общеобразовт. Учреждений / Л. Э. Генденштейн, А. Б. Кайдалов, В. Б. Кожевников; под ред. В. А. Орлова, И. И. Ройзена. – 4-е изд., стер. – Москва: Мнемозина. 2012. – 272 с. 8. Горяченко В.Д. Элементы теории колебаний: Учебное пособие для студентов высших учебных заведений. - М.: Высшая школа, 2001. - 395 с. 9. Гринченко В. Т., Мелешко В.В. Гармонические колебания и волны в упругих телах. – Киев: Наук. Думка, 2002. – 284 с. 10. Гурьев Л.Г., Кортнев А.В., Куценко А.Н. и др. Сборник задач по общему курсу физики. - М.: Высшая школа, 2006. – 348 с. 11. Гутник Е.М. и др. Тесты по физике для 7 - 9 классов: базовый уровень. -М.:Школа- Пресс, 2003 - 80 с. 12. Дмитриева В.Ф., Прокофьев В.Л. Основы физики. - М.: Высшая школа, 2001. – 527 с. 13. Кабардин О.Ф. и др. Задания для итогового контроля знаний учащихся по физике в 7 - 11 классах общеобразовательных учреждений: дидакт. материал. 2- е изд. -М.: Просвещение, 2005 -223 с. 14. Кикоин, И. К. Физика: Учеб. Для 9 класс сред. Шк. / И. К. Кикоин, А. К. Кикоин. - Москва: Просвещение, 1990. – 191 с. 15. Мякишев Г. Я., Буховцев Б. Б., Чаругин В. М.; под ред. Парфентьевой Н. А. – М.: Просвещение, 2014. – 432 с. 16. Новодворская Е.М., Дмитриев Э.М. Сборник задач по физике с решением. - М.: Высшая школа, 2005. – 366 с. 17. Савельев И.В. Курс общей физики. Т.1. – М.: Наука, 2003. – 350 с. 18. Трофимова Т.И. Курс физики. –М.: Высшая школа, 2003. – 541 с. 19. Цедрик М.С. Сборник задач по курсу общей физики. - М.: Просвещение, 2006. – 269 с. 20. Стародубцев В.А. Компьютерные и мультимедийные технологии в естественнонаучном образовании. – Томск: Дельтаплан, 2012. – 432 с. 21. Горелов, И.Н. Разговор с компьютером. Психолингвистический аспект проблемы: учебное пособие / И.Н. Горелов. - М.: Наука, 2005. - 256 с. 22. Данильчук, Е.В. Информационные технологии в образовании: учебное пособие / Е.В. Данильчук. - Волгоград: Перемена, 2006. - 183 с. 23. Доманова, С.Р. Методы компьютерного обучения: Автореф. дисс. канд. пед. наук / Светлана Романовна Доманова. - Ростов-н/Д; 2007. - 21 с. 24. Использование современных информационных и коммуникационных технологий в учебном процессе: учеб. -метод. пособие [Текст] / Д.П. Тевс [и др.]; Барнаул. гос. пед. ун-т. – Барнаул, 2006. 25. Кушнер Ю.З. Методология и методы педагогических исследований [Текст]: учеб. -метод.пособие / Ю.З. Кушнер. – Могилёв: Могил. гос. ун-т им. А.А. Кулешова, 2001. 26. Материал из Wiki:eduVdom.com – свободной энциклопедии https://wiki.eduvdom.com/subjects/physics/ 27. Материал из YouTube https://www.youtube.com/watch?v=d7Qi7vKND9o
Отрывок из работы

Глава 1 Теоретико-методические основы темы «Механические колебания и волны» в школьном курсе физики 1.1 Тема «Механические колебания и волны» в школьном курсе физики Одной из значимых тем курса физики является тема «Механические колебания и волны». Колебательные процессы и их характеристики рассмотрены английским физиком Д.У. Рулеем, П.Г. Столетовым, русским экспериментатором П.Н. Лебедевым. Так же, большой вклад в развитие теории колебаний внесли исследования Л. И. Мандельштама и его учеников. Сведения о колебаниях и волнах занимают важное место в учении о строении материи. В настоящее время во всех областях физики и техники можно наблюдать колебательные процессы. Так как, законы колебательного движения имеют свою специфику – они обладают универсальностью, всеобщностью для колебаний различной природы. При усвоении этих законов вырабатываются не только умения решать физические задачи, но и единый язык к пониманию теории колебаний в других разделах курса физики. Однако изучение теоретических основ данной темы, рассмотрение алгоритма решения задач, требуют особого подхода. Впервые с теорией механических колебаний и волн знакомятся в курсе физики основной школы (7-9 классы). Далее тема «Колебания и волны» изучается в 11 классе, на ее обучение отводится 18 часов. Данный раздел рассматривают после раздела «Основы электродинамики». В курсе физики рассматриваются два вида колебаний: механические и электромагнитные. Несмотря на различие физической природы данных видов колебаний, во многих учебных пособиях механические и электромагнитные колебания изучаются одновременно. Такое объединение материала связано с тем, что все законы, соответствующие этим процессам, обладают универсальностью, и какой бы область физики или техники не рассмотреть, увидим проявление колебательного и волнового процессов. Колебательные и волновые процессы являются самыми распространёнными движениями в природе. Академик Л. И. Мандельштам говорил, что если посмотреть историю физики, то можно увидеть, что главные открытия, по существу, были колебательными. В соответствии с действующей учебной программой раздел «Механические колебания и волны», содержит в себе следующие темы: 1. Гармонические колебания. Амплитуда, период, частота, фаза колебаний. Уравнение гармонических колебаний. 2. Свободные и вынужденные колебания. Условия возникновения свободных колебаний. Математический маятник. 3. Энергия колебательного движения. Превращения энергии при гармонических колебаниях. 4. Вынужденные колебания. Резонанс. Воздействия резонанса и борьба с ним. 5. Длина волны. Скорость волны. 6. Уравнение гармонической бегущей волны. Распространение волны в упругой среде. 7. Звуковые волны. Звук. При этом рассматриваются следующие лабораторные работы: «Определение ускорения свободного падения при помощи маятника»; «Определение длины звуковой волны». Демонстрации и опыты: · Колебания тела на нити и пружине. · Кинематическая модель гармонических колебаний. · Зависимость координаты колеблющегося тела от времени. · Вынужденные колебания. · Резонанс. 1.2 Анализ современного состояния изучения механических колебаний и волн в школе Изучением механических колебаний и волн завершается разделом «Механика». Так как при первоначальном изучении колебаний и волн различной природы их целесообразно не объединять вместе, а изучать в соответствующих разделах — механические колебания и волны при изучении механики, а электромагнитные — при изучении электродинамики. При этом изучение явлений одной природы не разрывается во времени, механические колебания рассматриваются как пример применения законов классической механики, электромагнитные — как пример применения основных законов классической электродинамики. Но при этом по программе общеобразовательной средней школы изучение механических колебаний и волн оторвано во времени от электромагнитных более чем на год. Чтобы облегчить усвоение общности закономерностей колебаний и волн различной природы, обеспечить обобщение знаний, учащихся следует поставить перед необходимостью неоднократно возвращаться к уже изученному, углублять и расширять те знания о колебаниях и волнах, которые они уже получали до этого. Изучение механических волн начинается с формирования общих представлений о волновом движении. При этом изучение акустических явлений, т. е. распространение механических колебаний упругой среде, способствует расширению понятия волны – от волн, непосредственно воспринимаемых визуально, до невидимых [18]. В целом раздел «Механические колебания и волны» занимает большой объем учебного материала в курсе физики, и внеклассная работа только способствует лучшему усвоению и закреплению знаний учащихся. При рассмотрении вопроса о том, как изучаются механические колебания и волны в общеобразовательной школе, сначала необходимо провести анализ современных школьных учебников по физике за 9 класс. При этом качественный аспект подачи материала авторами нами учитываться не будет. Физика 9 класс, автор Саенко П. Г, издание 1990 года. Раздел «Механические колебания и волны» расположен в данном учебнике в 5 главе и рассматривается учителем в 4 четверти. Глава состоит из 10 параграфов. Хорошо разработан по смыслу и легко воспринимается текст, дается много понятий, для зрительного восприятия в качестве примеров присутствуют рисунки и графики. После каждого параграфа приведены примеры решения задач, также присутствуют вопросы и задачи для самостоятельного решения. В конце учебника есть лабораторные работы, способствующие закреплению знаний. Физика 9 класс, авторы Перышкин А. В, Гутник Е.М., 8-е издание, 2004 года. В данной книге раздел «Механические колебания и волны» находится во второй главе, изучение темы проходит во второй четверти. Глава полностью посвящена механическим колебаниям и волнам и состоит из 19 параграфов, в которых темы этого раздела изложены очень подробно. После каждой изученной темы присутствуют вопросы по пройденной теме; в отличие от учебника Саенко П. Г., есть упражнения, но нет задач для решения. Так же в конце учебника есть лабораторные работы для самостоятельного выполнения. Физика 9 класс, авторы Кикоин И. К., Кикоин А. К., издание 1990 года. В данном учебнике авторы, в отличие от рассмотренных выше, разделили механические колебания и волны на две главы. Данные главы помещены в конце учебника, таким образом учащиеся проходят ее в 4 четверти. Сначала идет глава 8 «Механические колебания», а затем глава 9 «Волны»; в каждой главе по 5 параграфов. Как и у вышеперечисленных авторов, присутствуют пояснительные рисунки, графики, примеры и лабораторные работы в конце учебника. После каждого параграфа есть вопросы по пройденной теме и упражнения. К сожалению, у этих авторов, в отличие от Саенко П. Г., после параграфов нет задач для самостоятельного решения. Физика 9 класс, авторы Генденштейн Л. А., Кайдалов А. Б., Кохивников В. Б., часть 1, издание 2012 года. В учебнике «Механические колебания и волны» изучаются в четвертой четверти, и разделены на два главы: сначала рассматривается тема «Механические колебания», а за тем – тема «Механические волны». Текст написан интересно и доступно, везде выделены термины, что очень удобно для изучения. Интересным отличием этого учебника является то, что у этих авторов сначала рассмотрен соответствующий опыт, затем уже начинается изложение материала раздела. Присутствуют красочные рисунки и графики, помогающие учащимся лучше понять данную тему. После параграфов приведены очень интересные примеры решений задач как с рисунками, так и без них, а также вопросы и задания. В конце учебника, как и у всех авторов, присутствует описание лабораторных работ по данным темам. В отличие от других учебников, здесь учащимся предлагается самостоятельно проделать несложные, но очень увлекательные опыты. Физика 9 класс, авторы Пурышева Н. С., Чаругин В. М., 2-е издание, 2007 год. Тема «Механические колебания и волны» изучается во второй четверти, и рассмотрена в одной главе. Глава состоит из 5 параграфов, но, в отличие других авторов, описание лабораторных работ приведено в самой главе, а не в конце учебника. Хорошо написан текст, выделены все термины, также показаны наглядные графики и рисунки. После параграфов, как и у всех авторов, приведены вопросы задания, есть задания со звездочкой, что говорит о повышенной сложности их решения. В отличие от учебников Саенко и Генденштейна, в конце главы даны памятки для учеников в табличке с подробным объяснением. Физика 9 класс, авторы Белага В. В., Ломаченков И. А., Понетбратцев Ю. А., 2011 год. В этом издании, у Пурешевой, Саенко и Громова «Механические колебания и волны» находятся во 2 главе и изучаются во второй четверти. Глава состоит из 7 параграфов, каждый параграф, как и сама книга в целом, интересно оформлен. В данном учебнике нарисованный мальчик вместе с учащимися изучает физику, попадает в разные истории, из которых учащиеся помогают ему выбраться; тем самым, помогая ему, учащиеся заинтересовываются изучением физики. В отличие от других учебников, в каждом параграфе перед изложением материала кратко описано, что ученики будут изучать, и что нужно будет вспомнить. В самих параграфах интересно изложен материал, прописаны термины, приведены интересные красочные рисунки и графики, в конце каждой темы есть вопросы для повтора. Но, к сожалению, у данного автора отсутствуют задания или задачи для решения учащимися, а также описания лабораторных работ для закрепления изученных тем. Физика 9 класс, авторы Шахмаев Н. М., Бунчук А. В., 4-е издание, 2011 год. Как и у Белага и Пурешевой, здесь «Механические колебания и волны» находятся в одной последней 10 главе и изучаются в четвертой четверти. Как и у Саенко П. Г., данная глава состоит из 10 параграфов, в которых приведен интересный для изучения материал, присутствуют примеры, рисунки, графики, термины, задачи с примерами решения, в конце каждой темы есть вопросы. Только у этого автора можно прочитать интересные факты из жизни и науки под названием «Это интересно». Как во всех учебниках, так и в этом, в конце главы приведено основное содержание пройденных тем. В конце учебника можно найти описание лабораторных работ и выполнить их в классе с учащимися для их закрепления и понимания темы. Физика 9 класс, авторы Разумовский В. Г., Орлова В. А., Дик Ю. И., Никифоров Г. Г., Шилов В. Ф., издание 2003 года. Как и в учебниках Кикоиных, Генденштейна Л. А. с соавторами, тема рассматривается в двух главах. Глава «Механические колебания» содержит 9 параграфов, глава «Волны» – 8 параграфов. Только у этих авторов после каждой главы приведены интересные домашние экспериментальные задания. В самих параграфах даны точные определения новых терминов и понятий, а также графики, рисунки, формулы для пояснения примеров. В конце каждого параграфа есть вопросы и упражнения. В конце учебника находятся описания лабораторных работ. В отличие от всех авторов, имеется домашний практикум по «Механическим колебаниям и волнам». Таблица 1 – сравнительный анализ школьных учебников по физике, 9 класс Саенко П. Г Перышкин А. В. Кикоин И. К Генденштейн Л. А. Пурышева Н. С. Белага В. В. Шахмаев Н. М. Разумо вский В. Г Год издания 1992 2004 1990 2012 2007 2011 2011 2003 Четверть 4 2 4 4 2 2 4 1 Глав 1 1 2 2 1 1 1 2 Параграфов 10 19 10 8 5 7 10 17 Примеры + + + + + + + + Рисунки, поясняющие сущность явления 12 11 5 6 13 24 29 32 Графики 28 11 15 3 4 19 13 9 Задачи в разборе + + + Задачи с историческим содержанием + + + Задачи с техническим содержанием + + + Упражнения + + + + Качественные задания + + + Вопросы для самоконтроля + + + + + + + + Лабораторные работы 2 2 2 2 2 2 2 Опыты для учащихся + Памятка + + Интересные факты + + Домашний практикум + Таким образом, из таблицы 1 мы видим, что у всех авторов выделена терминология, присутствуют примеры, вопросы, рисунки и графики. У авторов Перышкина А. В. и Белага В. В. нет разбора задач и задач для решения. У Белага В. В., в отличие от всех авторов, есть только рисунки, графики, термины и вопросы, а также у Белага В. В. и Шахмаевой Н. М. приведены интересные факты, которые учащиеся с удовольствием могут прочитать. Только у Генденштейна Л. А. есть опыты для учащихся, а у Пурышевой Н. С. в конце параграфов есть памятка, у Разумовского В. Г. разработан интересный практикум. 1.3 Методика изучения основных понятий темы «Механические колебаний и волны» в школьном курсе физики Изучение колебаний начинают с введения понятия о колебательном движении, которое является одним из основных в этой теме. Разновидность периодического движения – колебательное, т. е. такое движение, при котором тело перемещается от своего положения равновесия то в одну сторону, то в другую. Приводятся примеры колебательных движений и демонстрируются системы тел, в которых при определенных условиях могут существовать колебания (вертикальный и горизонтальный пружинные маятники, груз на нити, ножовочное полотно, зажатое в тисках, и др.). На примере этих колебательных систем следует подчеркнуть то общее, что характерно для любых из них: наличие устойчивого положения равновесия, фактор инертности, обеспечивающий прохождение телом положения равновесия и, таким образом, установление колебательного движения вместо простого возвращения тела в положение равновесия, и, наконец, достаточно малое трение в системе [2, 104]. Учащиеся убеждаются в наличии этих признаков у каждой из демонстрируемых колебательных систем. После этого можно предложить ответить на вопрос, могут ли возникнуть колебания в системах, представленных на рисунке 1, и проверить свой ответ экспериментально. Рисунок 1 – Примеры равновесных и неравновесных систем Вводят понятие о свободных колебаниях. Колебания, возникающие в системе, выведенной из положения равновесия и представленной самой себе, называют свободными. Если в системе отсутствует трение, то свободные колебания называют собственными; они происходят с собственной частотой, которая определяется только параметрами системы. Колебательная система, лишенная трения, – идеализация, но при малом коэффициенте затухания различие между свободными и собственными колебаниями слишком незначительно, чтобы его учитывать (при добротности системы в несколько единиц оно не превышает нескольких процентов). Поэтому в школьном преподавании физики понятия свободных и собственных колебаний не разграничивают и учащиеся знакомятся только с понятием свободных колебаний. Одно из важнейших понятий теории колебаний – гармоническое колебание. Это понятие широко используют по двум причинам: любое периодическое негармоническое движение может быть представлено в виде суммы ряда гармонических колебаний кратных частот, причем эти последние можно выделить и наблюдать. Кроме того, существует много колебательных систем, колебания которых с большой точностью можно считать гармоническими [2,105]. Программа общеобразовательной средней школы обычно предполагала впервые ознакомить школьников с понятием гармонического колебания в последнем классе средней школы при изучении электромагнитных колебаний. Но существует реальная возможность сделать это уже при изучении механических колебаний. При этом возможен следующий подход: используя связь равномерного движения по окружности и колебательного движения, получают закон изменения координаты гармонически колеблющегося тела со временем: . Для этого демонстрируют на опыте, что тень от шарика, равномерно движущегося по окружности, совершает колебательное движение (рис. 2). Рисунок 2 – Установка для проведения эксперимента с пружинным маятником и шариком На установке возбуждают колебания пружинного маятника. Убеждаются в том, что маятник совершает такие же колебания, что и тень на экране от вращающегося шарика, при этом частоту вращения шарика подбирают таким образом, чтобы колебания были синхронными [2, 106]. Затем учащиеся самостоятельно выполняют задание: найти выражение для координаты проекции на ось х материальной точки, движущейся равномерно со скоростью v по окружности (рис.3). Рисунок 3 – Равномерное движение материальной точки по окружности со скоростью Получают выражение . Сообщают, что движение, в котором координата тела меняется по такому закону, называют гармоническим колебанием. Так как маятник и тень шарика на экране совершают одинаковое движение (колеблются синхронно), делаем вывод: колебания маятника могут быть описаны тем же уравнением, т. е. при определенных условиях они тоже являются гармоническими. В завершающем обучение классе при изучении электромагнитных колебаний это определение можно расширить, показав, что любая величина, изменяющаяся по такому закону, совершает гармонические колебания (например, заряд конденсатора в контуре, сила тока и напряжение в контуре и др.). Возможен и другой подход к введению понятия о гармоническом колебаний: рассматривают динамику свободных колебаний пружинного (рис. 4, а) и математического (рис. 4, б) маятников под действием соответственно силы упругости и силы тяжести в отсутствие силы трения. Для каждого из этих случаев на чертеже изображают силы, действующие на каждый маятник, и записывают уравнение движения маятника, выведенного из положения равновесия и предоставленного самому себе: (для пружинного маятника) и (для математического). А Б Рисунок 4 – Маятники: а) пружинный; б) математический. Вводят определение: механические колебания, которые совершаются под действием силы, пропорциональной смещению и направленной к положению равновесия, называют гармоническими. Введение основных характеристик колебательного движения – амплитуды, частоты и периода – может последовать сразу после того, как рассмотрены свободные колебания маятников и введено понятие гармонического колебания. Строго говоря, понятие частоты применимо только для гармонических колебаний, т. е. для бесконечных во времени процессов. В случае периодических процессов негармонического характера (а именно с ними чаще всего приходится встречаться) мы имеем дело не с частотой, а с целым набором (полосой) частот. Вводят понятие амплитуды, частоты и периода колебаний, причем подчеркивают, что именно эти величины, а не смещение, скорость и ускорение колеблющейся точки в данный момент времени характеризуют колебательный процесс в целом. Для усвоения понятий амплитуды, периода и частоты колебаний необходимо предложить учащимся ряд упражнений различного характера – качественных, количественных, связанных с проведением экспериментов [2, 108]. Формулы для периода колебаний математического и пружинного маятников не могут быть строго выведены из-за отсутствия необходимой математической подготовки учащихся. Поэтому они могут быть даны в готовом виде (с последующей экспериментальной проверкой) или выведены косвенным путем. Например, формулу периода колебаний математического маятника можно получить, используя экспериментальный факт, установленный еще X. Гюйгенсом: конический маятник длиной l совершает полный оборот за тот же промежуток времени, в течение которого математический маятник той же длины совершает полное колебание, т. е. за период. Перед учащимися можно поставить задачу: воспользовавшись этим опытным фактом, найти формулу периода колебания математического маятника [2, 109]. Для лучшего усвоения формулы периода колебаний маятников и ее следует проверить на опыте, показав, что от коэффициента упругости и массы груза, так же как и от ускорения свободного падения и длины нити для математического маятника, зависит собственная частота колебаний системы. Целесообразно пояснить эти зависимости и качественно. Например, с увеличением коэффициента упругости k при том же отклонении от положения равновесия x растет по модулю упругая сила (F = –kx). Следовательно, увеличивается ускорение, тело быстрее проходит тот же путь, т. е. уменьшается период. Если же увеличить массу груза, то при том же смещении та же упругая сила будет сообщать ему меньшее ускорение, период увеличится. Аналогично для математического маятника: с ростом ускорения свободного падения растет проекция на ось х силы тяжести, равная mgsin?, т. е. маятник быстрее движется, частота растет, период уменьшается. При увеличении длины нити для того же угла отклонения растет длина дуги, которую нужно пройти с тем же ускорением, т. е. замедляется движение, уменьшается частота. Превращения энергии при гармонических колебаниях Далее рассматривают энергетические превращения в колебательных системах. Выясняют, что при движении маятников происходит периодическое превращение кинетической энергии системы в потенциальную и обратно. Изображают графически зависимости кинетической (Еk), потенциальной (Ер) и полной (Е) энергий маятника от времени (рис. 5). Отмечают, что полная энергия колебательной системы не зависит от времени, она пропорциональна квадрату амплитуды и частоты. С этим соотношением учащимся придется встречаться при изучении волновых процессов, поэтому важно, чтобы оно было закреплено [2, 110]. Рисунок 5 – Зависимости кинетической (Еk), потенциальной (Ер)и полной (Е) энергий маятника от времени. Следует учесть, что все выводы были сделаны для колебательной системы без трения. Так как на самом деле трение существует в любой системе, то энергия системы не остается постоянной, а убывает со временем, убывает и амплитуда колебаний, т.е. колебательное движение перестает быть гармоническим, хотя и остается периодическим. Если силы сопротивления в системе достаточно велики, движение может стать апериодичным. С затуханием свободных колебаний в реальных колебательных системах ребята хорошо знакомы из повседневной жизни и из наблюдений за демонстрационными опытами. Полезно показать системы с различной степенью затухания, выявить причины затухания, привести примеры систем, где необходимо обеспечить быстрое затухание колебаний, и систем, где такое затухание крайне нежелательно. Примером систем с малым затуханием могут служить колокол, камертон. После выведения камертона из состояния покоя он может совершать до нескольких тысяч колебаний, т. е. достаточно долго звучать практически без затуханий, с неизменной частотой [2, 111]. Вынужденные механические колебания Изучение вынужденных колебаний можно начать с примеров тел (систем тел), в которых колебания происходят под действием периодической внешней силы: колебания иглы швейной машины, колебания поршня в двигателе внутреннего сгорания, различные вибрационные машины (для погружения свай в грунт, для сортировки и транспортировки, для уплотнения материала, например, бетона и т. д.) Сообщают, что такие колебания называют вынужденными. Наибольший интерес представляют случаи, когда периодическая внешняя сила действует на систему, в которой могут происходить свободные колебания. Демонстрируют опыт, в котором вынужденные колебания совершаются пружинным маятником. С помощью установки с горизонтальным маятником (рис. 6) показывают существование собственных колебаний в системе и предлагают учащимся оценить собственную частоту колебаний ?0. Рисунок 6 – Вынуженные колебания – горизонтальный пружинный маятник Далее демонстрируют вынужденные колебания под действием периодической внешней силы с частотой ?, и школьники наблюдают вначале сложное движение маятника, в котором собственные колебания со временем затухают, а затем в установившемся движении маятник совершает уже только вынужденные колебания с частотой ?. Показывают, что при частоте внешней силы, превышающей собственную частоту ?0 системы, установившиеся колебания маятника также происходят с частотой ?. Таким образом, вынужденные колебания под действием периодической внешней силы совершаются с частотой этой силы. Можно предложить школьникам провести сравнение свободных и вынужденных колебаний в одной и той же системе, объяснить, почему вынужденные колебания не затухают [2, 111]. Наибольший интерес при изучении вынужденных колебаний представляет явление резонанса. На той же установке (рис. 6) наблюдают резкое возрастание амплитуды вынужденных колебаний в случае, когда частота вынуждающей силы приближается к собственной частоте колебаний ?0 системы. Такое возрастание амплитуды при совпадении собственной частоты колебаний и частоты вынуждающей силы называют резонансом. Если на той же установке продолжать и дальше увеличивать частоту вынуждающей силы, то можно показать, что амплитуда вынужденных колебаний начинает уменьшаться – при очень высоких частотах из-за инертности системы она может стать очень малой. Необходимо остановиться на причинах резкого возрастания амплитуды при резонансе. На той же установке можно показать, что при резонансе сила и смещение в любой момент времени совпадают по направлению. Это означает, что вынуждающая сила в течение периода совершает максимальную положительную работу, так как, совпадая по направлению со смещением тела, она все время «подталкивает» его, наиболее сильно раскачивая систему. Энергия источника расходуется на преодоление сопротивления и увеличение амплитуды. Но с ростом амплитуды колебаний возрастает сила сопротивления, поэтому всё большая часть энергии расходуется на ее преодоление.
Не смогли найти подходящую работу?
Вы можете заказать учебную работу от 100 рублей у наших авторов.
Оформите заказ и авторы начнут откликаться уже через 5 мин!
Служба поддержки сервиса
+7(499)346-70-08
Принимаем к оплате
Способы оплаты
© «Препод24»

Все права защищены

Разработка движка сайта

/slider/1.jpg /slider/2.jpg /slider/3.jpg /slider/4.jpg /slider/5.jpg