Цель: выяснить, от чего зависят свободные колебания пружинно­го маятника. Побуждать учащихся к преодолению трудностей в процессе умственной деятельности, воспитать интерес к физике.

Оборудование: держатели на пружинах, штативы, секундомер или метроном, наборы грузов.

Ход урока

I. Организационный момент

II. Изучение нового материала

Механические колебания - это движения, которые точно или при­близительно повторяются через определенный интервал времени.

Вынужденные колебания - это колебания, которые происходят под действием внешней, периодически изменяющейся силы. (Дви­жение иглы швейной машинки.)

Свободные колебания - это колебания, которые происходят в системе под действием внутренних сил, после того как система была выведена из состояния равновесия. (Колебания маятника часов, ка­чели,)

Эксперимент 1

Демонстрация колебательных систем

Пружинный маятник, колебание натянутой веревки, математиче­ский маятник, канонический маятник, движение жидкости в U-образной трубке.

Что общего у всех колебательных систем?

Условия возникновения механических колебаний:

1.  Наличие положения устойчивого равновесия, при котором равнодействующая равна нулю.

2. Хотя бы одна сила должна зависеть от координат.

3.  Наличие в колеблющейся материальной точке избыточной энергии.

4.  Если тело вывести из положения равновесия, то равнодейст­вующая не равна нулю.

5. Силы трения в системе малы.

Рассмотрим движение тележки массой т, прикрепленной к вер­тикальной стенке пружиной, жесткостью R.

При растяжении пружины на j₀ = А (амплитуда) на тело начина­ет действовать сила упругости, которая стремится вернуть тело в положение равновесия, но дойдя до положения равновесия, в кото­ром сила упругости равна нулю, тело начинает сжимать пружину. При сжатии пружины появляется возрастающая сила упругости, на­правленная к положению равновесия.

Демонстрация

На тележку прикрепили фломастер, под тележку положили кусок ватмана. Выведем тележку из положения равновесия, и одновремен­но будем двигать ватман на себя. Что же увидим?

Увидим линию, так как тележка движется, значит, изменяется ко­ордината. Линия будет выражать зависимость координаты от време­ни. На ватмане будет косинусоида.

Свободные колебания пружинного маятника являются гармони­ческими.

Зависимость координаты от времени можно записать: х - A cos (o₀t или х ~ x_v cos co₀t.

А или x_v - амплитуда - магнитное отклонение от положения

равновесия.

Так как косинус изменяется от -1 до 1, то координата лежит в промежутке: ~А<х< А .

Такой величиной может быть не обязательно координата, давле­ние, сила тока и т. д.

(Oq - циклическая частота. Найдем период по II закону Ньютона:

та, = F_ynp

Период определяется жесткостью пружины и массой, то есть соб­ственными характеристиками колебательной системы.

Далее учащиеся открывают учебник  и после прочтения темы «Энергия свободных колебаний» должны ответить на вопрос: Как полная механическая энергия гармонических колебаний зависит от их амплитуды?

III. Закрепление изученного материала

Фронтальный эксперимент:

1.  Соберите пружинный маятник.

2.  Измерьте его период.

3. Зная массу груза, рассчитайте жесткость пружины.

4.  Полученный результат проверьте по закону Гука.

IV. Решение задач

Задача № 1

Координата колеблющегося тела изменяется по закону. x = 5cosxt. Чему равна амплитуда, период и частота колебаний, если в формуле все величины выражены в единицах СИ?

Подведение итогов урока

Домашнее задание

§ 24