6

Лабораторная работа колебания механические колебания

Цель работы: научиться собирать демонстрационные установки и демонстрировать основные опыты по теме "Механические колебания" (9 класс).

Литература:

1. Перышкин А.В., Гутник Е.М. Физика: учебник для общеобразовательных учебных заведений (9 класс). – М., ДРОФА, 2003 .

2. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б. Физика: учебник для 11 класса общеобразовательных учреждений. – М.: Пpосвещение, 2003

3. Демонстрационный эксперимент по физике в средней школе. /Под ред. Покровского А.А. - М.: Просвещение, 1979г., Ч.2.

4. Анциферов Л.И., Пищиков Н.М. Практикум по мето­дике и технике школьного эксперимента. - М.: Прос­вещение, 1984г.

5. Шахмаев Н.М. и др. Физический эксперимент в средней школе. - М.: Просвещение, 1991г

6. Марголис А.А. и др. Практикум по школьному физи­ческому эксперименту. - М.: Просвещение, 1977г.

7. Лабораторный практикум по теории и методике обучения физики /Под ред. С.Е. Каменецкого и др. – М.: Изд. центр «АКАДЕМА», 2001г.

Подготовка к работе.

Задание 1. Изучите по школьным учебникам /1/, /2/, /6/ со­держание и методику изложения темы "Механические колебания". Уясните понятия: свободные, затухающие и вынужденные колебания, период, частота, амплитуда, гармонические колебания, резонанс. Вспомните, по каким формулам можно найти период колебательного движения, частоту и период колебаний пружинного и математическо­го маятников.

Задание 2. Какие демонстрации, фронтальные лабораторные ра­боты и работы физического практикума необходимо выполнить по данной теме?

Задание 3. Изучите предлагаемые ниже демонстрации, некото­рые варианты оформите в тетради. Проверьте свою подготовку с по­мощью контрольных вопросов. Если вопрос предполагает записи, чертежи, выполните их в тетради сразу после оформления данной демонстрации.

Выполнение работы

Демонстрация 1.Свободные колебания груза на нити и груза на пружине.

Изучите и оформите в тетради:

опыт 1 из /3/ – «Свободные колебания под действием силы тяжести и силы упругости»;

опыт 2 из /3/ – «Гармонические колебания»;

опыт 46 из /5/ – «Примеры колебательных движений».

Демонстрация 2. Сравнение колебательного и вращательного движений.

Ознакомьтесь с различными вариантами данной демонстрации:

опыт 3 из /3/ – «Связь гармонических колебаний с равномерным дви­жением по окружности»;

опыт по рис. 199 из /6/ – «Сравнение колебаний тени от шарика на диске и шарика, подвешенного на нити».

Подготовьте ответы на следующие вопросы:

1. С помощью какого маятника: пружинного или нитяного удоб­нее ввести величины, характеризующие гармонические колебания? Почему?

2. Приведите примеры колебаний, происходящих в результате действия только силы упругости.

Как можно показать изменение скорости и ускорения при коле­баниях в опыте 3 из /3/? В каких точках траектории колеблющегося тела скорость равна нулю, ускорение равно нулю?

4. Чему равно перемещение колеблющегося тела за время, рав­ное пероду колебаний? Чему равен путь за это же время?

5. Чему равна энергия колеблющегося тела в произвольной точке траектории? Какова связь между амплитудой колебаний груза на пружине и его максимальной скоростью?

6. В чем сходство движения тела , скрепленного с пружиной и движения тени шарика, равномерно вращающегося по окружности?

7. Назовите свойства присущие всем колебательным системам.

Демонстрация 3. Запись колебательного движения.

Изучите различные варианты данной демонстрации, предложен­ные в школьных учебниках /1/, /2/, /6/. Сделайте в тетрадях ри­сунки этих опытов.

Оформите в тетради:

опыт 4 из /3/ – «Запись колебаний»;

опыт 47 из /5/ – «Осциллограмма колебаний».

Дайте методическую оценку различным вариантам данной демонстрации.

Демонстрация 4. Период колебаний груза на пружине.

Изучите и оформите в тетради:

опыт 6 из /3/ – «Период колебаний пружинного маятника»;

опыт 51 из /5/ – «Период колебаний пружинного маятника».

Подготовьте ответы на следующие вопросы:

1. Что следует показать с помощью данной демонстрации?

2. Как можно изменять жесткость колебательной системы?

3. Какую пару грузов: массой 250 г и 1 кг или 50 г и 200 г.

вы выберете для демонстрации, если пружина взята от ведер­ка Архимеда? Почему?

4. Зависит ли период колебаний маятника от амплитуды коле­баний? Как это показать?

5. Как изменится период колебаний пружинного маятника, если вместо одной пружины применить две одинаковые, соединенные пос­ледовательно, затем параллельно?

Демонстрация 5. Период колебаний нитяного маятника.

Изучите и оформите в тетради:

опыт 5 из /3/ – «Период колебаний нитяного маятника»;

опыт 50 из /5/ – «Частота и период свободных колебаний».

Подготовьте ответы на следующие вопросы:

1. Что следует показать при изучении колебаний нитяного ма­ятника?

2. Какой из маятников: стальной, алюминиевый или свинцовый лучше использовать, чтобы показать зависимость периода колебаний маятника от длины нити? Ответ обоснуйте.

3. Как можно результаты опыта 50 (вариант А) из /5/исполь­зовать для вывода формулы периода колебаний маятника? Сделайте этот вывод в тетради.

4. Чем отличаются демонстрации зависимости частоты колеба­ний маятника от ускорения свободного падения, предложенные в опыте 5 из /6/ и опыте 50 из /7/? Какое расстояние должно быть при этом между электромагнитом и шариком? Какова должна быть амплитуда колебаний? Какой источник тока Вы будете использовать?

Демонстрация 6 Вынужденные колебания.

Ознакомьтесь с различными вариантами демонстраций и оформи­те в тетради:

опыт 53 из /5/ – «Примеры вынужденных колебаний»;

опыт 54 из /5/ – «Амплитуда вынужденных колебаний»;

опыт 55 из /5/ – «Частота установившихся вынужденных колебаний»;

опыт 8 из /3/ – «Вынужденные колебания. Резонанс».

Подготовьте ответы на следующие вопросы:

1. Приведите примеры вынужденных колебаний.

2. От чего зависит амплитуда вынужденных колебаний?

3. Что такое демпфер, эксцентрик?

4. Как зависит амплитуда вынужденных колебаний от частоты вынуждающей силы?

Демонстрация 7. Явление резонанса.

Изучите и оформите в тетради:

опыт 9 из /3/ – «Резонанс маятников»;

опыт 10 из /3/ – «Принцип действия резонансного тахометра»;

опыт 11 из /3/ – «Резонанс при работе электродвигателя».

Изучите устройство и принцип действия частотомера ЧУ-1 (по описанию и прибору) и кратко законспектируйте в тетради демонс­трации 1 и 2 предлагаемые в руководстве по эксплуатации прибора.

Подготовьте ответы на следующие вопросы:

Какие колебания называются автоколебаниями?

2. Какое явление называется резонансом?

3. Какие условия необходимы для возникновения резонанса?

4. Почему амплитуда при резонансе не возрастает до беско­нечно большой величины?

5. Чему равна разность фаз между колебаниями вибратора и резонатора? (опыт из /6/).

6. Что такое тахометр?

Демонстрация 8. Автоколебания.

Изучите и оформите в тетради:

опыт 12 из /3/ – «Автоколебания»;

опыт 13 из /3/ – «Применение маятника в часах».

Подготовьте ответы на следующие вопросы:

1. Что такое автоколебания?

2. Назовите основные части автоколебательной системы.

3.Можно ли электрический звонок с батарейкой назвать автоколебательной системой?

4. Какие колебания называются релаксационными? Приведите примеры таких колебаний.