Разработка урока физики в 9 классе по теме "Свободные колебания"

Урок №14.

Тема. Свободное падение тел.

Цели урока: организовать деятельность обучающихся по:

освоению знаний о механических явлениях (свободном падении), методах научного познания природы и формирования на этой основе представлений о физической картине мира

овладению умениями проводить наблюдения природных явлений (свободное падение), описывать и обобщать результаты наблюдений

Требования к уровню подготовки

знать/понимать: физическое явление - механическое движение – свободное падение.

- смысл физических величин: ускорение свободного падения

- физический смысл законов Ньютона.

Уметь

- описывать и объяснять физическое явление равноускоренное прямолинейное движение;

-использовать физические приборы и измерительные инструменты для измерения физических величин: расстояния, промежутка времени;

- представлять результаты измерений с помощью таблиц, графиков и выявлять на этой основе эмпирических зависимостей пути от времени, зависимость скорости и координаты падающего тела от времени;

- выражать результаты измерений и расчётов в единицах СИ;

Приводить примеры практического использования физических знаний об ускорении свободного падения

- решать задачи на применение изученных физических законов;

- осуществлять самостоятельный поиск информации естественнонаучного содержания с использованием различных источников, и обработку и представление в разных формах (словесно, с помощью графиков, математических символов, рисунков и структурных схем);.

Урок комбинированный

Методы:

• по источникам знаний: словесные, наглядные;

• по степени взаимодействия учителя и учащихся: беседа, самостоятельная работа;

• по характеру познавательной деятельности учащихся и участия учителя в учебном процессе: обучение в сотрудничестве, исследовательский, частично- поисковый, объяснительно-иллюстративный, репродуктивный;

• по характеру движения мысли от незнания к знанию: дедуктивный.

Оборудование:

Трубка Ньютона, насос Комовского, компьютер, мультимедийный проектор, экран, книга, листы бумаги; оптоворот, стартовая платформа, линейка с прозрачными и непрозрачными полосами из набора оборудования «Механические явления», программное обеспечение «Цифровая лаборатория. Демонстрационный эксперимент»

• Учебник А.В. Перышкина, Е. М. Гутника. Физика 9 класс, Москва, Дрофа, 2014 г;

• Физика. 9 класс: Поурочные планы по учебнику А.В. Перышкина, Е.М. Гутника. / Авт.-сост. С.В. Боброва, - Волгоград: Учитель, 2005

Сценарий урока

1. Организационный момент. (Цель. Создать нормальную внешнюю обстановку)

Приветствую, отмечаю отсутствующих, требую навести порядок на рабочем месте, организую внимание, начинаю урок.

2. Этап подготовки учащихся к активному и сознательному усвоению нового материала (Цель. Создать целевую установку на урок. Обеспечить мотивацию учения школьников, актуализировать субъективный опыт учащихся.)

Послушайте, пожалуйста отрывок из книги Ефима Ефимовского « След колесницы» и попробуйте определить тему нашего урока.

(слайд 1)Движенье повсюду, движенье везде. 
И в воздухе птица, и рыба — в воде, 
и жизни нигде без движения нет. 
И Солнце летит в хороводе планет!
Вот листья по воздуху долго кружат. 
А падает камень быстрее стократ.

Быстрей ли ТО падает, ЧТО ТЯЖЕЛЕЙ?

И это проверить решил Галилей.

- Кто, определит чем мы будем заниматься на уроке? (изучать падение тел),

- Образуйте слова с корнем пад (Листопад, камнепад, снегопад, водопад, падалица.)

Учитель: Все эти слова являются примерами падения тел на земле. Падение – это движение? Причина этого движения? (притяжение Земли) А как называется это движение (Слайд 2)вы узнаете, прочитав кроссворд. (свободное падение)

- Как сформулируем тему урока? (свободное падение тел)

- Какие задачи стоят перед нами:

Ученики:

• сформулировать определение свободного падения тел;

• установить:

- характер движения свободно падающих тел

- соответствующие величины, характеризующие свободное падение.;

• записать уравнения, описывающие свободное падение.

(открываю слайд 3, записывают тему урока)

3.Этап повторения и активизации знаний учащихся

Повторить систему ранее усвоенных учебных действий, необходимых для восприятия нового материала.

3.1.. -Дома закрепляли умение применять законы Ньютона при решении задач. Чтобы проверить ваши знания, мы проведем тест. (5 минут). (Приложение 1)

- Поменяйтесь листочками и проверьте друг друга.

(Слайд №4).Правильные ответы на тест вы видите на экране
(тесты сдать учителю).

3.2.. Вызываю 1 ученика для записи формул, описывающих равноускоренное движение,(записывает уравнения в векторной форме или в проекциях) (а = , υ _х= υ _0х + α _x t, S _х=υ _{0 х} t+ α _хt²/2, , х=х₀ +υ _0х t+ α _хt²/2)

С остальными беседую по вопросам (Текст на листах, на партах) (Приложение № 2)

Решают устно задачи (слайд 5)Задачи устно: ( Текст на экране)

3.3. Проверяют работу у доски.

4. Этап усвоения новых знаний

4.1. Сформулировать проблему на историческом материале

Учитель: Вернемся к строкам стихотворения Ефима Ефимовского

«Вот листья по воздуху долго кружат. 
А падает камень быстрее стократ»

- Какое тело, падая, достигнет земли быстрее лист или камень? (камень)

- Почему? (он тяжелее)

Ученик: Вывод: тела большей массы достигают земли раньше.

Учитель: (слайд 6) - Именно так считал Аристотель, что тяжелый камень падает быстрее сухого листа. – Кто такой Аристотель?

Ученик: Аристотель это великий греческий философ, учение которого стало венцом греческой натуральной философии. Произведения Аристотеля можно назвать энциклопедией древней науки. Движение по вертикали вверх или вниз Аристотель называл естественным и не считал нужным искать причины, вызывающие эти движения.

Учитель: От чего зависит скорость падения тел по Аристотелю?

Ученик: От массы.

Учитель: Вы согласны с этим? Проверим справедливость этого утверждения на опытах. (Приложение №3)

Вопрос №1: Возьмем 2 тела разной массы, но одинаковой площади поперечного сечения из одного и того же материала. Какое из этих тел упадет первым, если мы одновременно их отпустим? Почему?

Опыт №1: Берем книгу и лист бумаги. Поднимаем их на одну ту же высоту, а потом одновременно отпускаем.

Ученик: Вывод: Книга упадет первой, а лист несколько позднее, потому что тело большей массы сильнее притягивается Землей. Поэтому книга движется с большим ускорением.

Опыт №2: На книгу кладут сверху лист бумаги и, подняв их на некоторую высоту, одновременно отпускают.

Ученик: Вывод: Книга и лист упадут одновременно.

Вопрос №2: Почему?

Ответ: (возможный) Лист бумаги притягиваются к книге.

Вопрос №3: Если лист бумаги притягивается к книге, то и книга притягивается к листку бумаги в соответствии с 3 законом Ньютона. Следовательно, притяжение листка бумаги должно тормозить движение книги. Каким образом это проверить?

Опыт №3: Берем 2 одинаковых книги. На одну из книг кладем лист бумаги. Поднимаем обе книги на одну и ту же высоту и одновременно отпускаем.

Ученик: Вывод: Книги и лист бумаги упадут одновременно. Следовательно, притяжение между листом бумаги и книгой не играет в данном случае существенной роли

Учитель: Прав был Аристотель? Почти 200 лет мысли Аристотеля не подвергались сомнению. Но в конце XVI века учение Аристотеля о падении тел было опровергнуто великим итальянским физиком Г.Галилеем.

Опять вернемся к строчкам нашего стихотворения (Формулирую сомнение Галилея: Быстрей ли то падает, что тяжелей? Он рассуждал: возьмем два тела, легкое и тяжелое, свяжем их вместе и бросим с высоты. Если легкое тело всегда падает медленнее, чем тяжелое, оно должно «притормаживать» падение тяжелого тела, и поэтому связка двух тел должна падать медленнее, чем одно тяжелое тело. Но ведь связку можно считать одним телом, ещё более тяжелым, и, значит, связка должна падать быстрее, чем одно тяжелое тело! Обнаружив это противоречие, Галилей решил проверить на опыте, как же в действительности будут падать шары разного веса. Он изготовил два шара и сбросил их с Пизанской башни – оба шара упали почти одновременно. В чём же причина?

(Проводят опыт с падающими телами одинаковой массы, но разных размеров)

Опыт №4: Берем 2 одинаковых листа бумаги. Один лист скомкаем, другой оставим ровным и гладким. Затем листы бумаги одновременно отпускаем с одинаковой высоты. Скомканный лист бумаги упадет раньше.

Ученик: Вывод: Причиной не одновременного падения тел на Земле является сопротивление воздуха. Если бы не было сопротивления воздуха все тела падали бы одновременно

. (слайд 7) Сила тяжести , действующая на листы бумаги одинакова, так как их масса одинакова. Сила сопротивления воздуха, действующая на листы пропорциональна их площади, поэтому на скомканный лист действует меньшая по величине сила сопротивления. Следовательно, равнодействующая сила, действующая на скомканный лист бумаги, оказывается больше, чем на ровный лист бумаги.

4.2. Актуализировать теоретические знания как опору для доказательства гипотезы

- Какой вопрос возникает? (Как будут падать тела, если убрать сопротивление воздуха?)

Проверим наше предположение на опыте с трубкой Ньютона.

1)Тела в трубке Ньютона с воздухом.

Ученик: Тела достигают конца трубки по-разному.

Учитель: Что необходимо сделать, чтобы тела в трубке падали одновременно?

Ученик: Откачать из трубки Ньютона воздух.

Опыт 5. С трубкой Ньютона

Учитель: Откачаем из трубки воздух. Что мы видим?

Ученик: Скорость падения тел в вакууме одинакова.

Вывод: при отсутствии сопротивления тела падают одновременно, с одинаковой скоростью.

Учитель: - Под действием какой силы движутся тела в трубке? (силы тяжести),

- Ещё какие –нибудь силы действуют на тела в трубке? (нет)

-Как сформулируем определение свободного падения? (движение тел под действием силы тяжести) (записывают определение)

- К какому же виду относится свободное падение?

Наблюдение свободного падения шарика (демонстрация клипа «Падение шарика» слайд 8,9) (наблюдают, что шарик при приближении к земле движется быстрее)

- Тело ускоряется, почему? (т.к. сила тяжести действует на тело вблизи земли постоянна, то тело должно двигаться равноускоренно по 2 закону Ньютона)).

- Как же проверить, что движение действительно равноускоренное. (для этого надо проверить свойства равноускоренного движения)

Практическая работа. Работа с учебником. Откройте учебник на стр. 55 параграф 13, рис 28. На рисунке показаны положения свободно падающего шарика, которые сфотографированы через каждые 0,1 с момента начала движения.

- Какую закономерность равноускоренного движения мы знаем? (Модули векторов перемещений, совершаемых телом за последовательно равные промежутки времени (каждый из которых равен t₁) относятся как ряд последовательных нечетных чисел)

- Проверим? (проверяют закономерность)

- Что получили? (Именно такую закономерность)

- Таким образом, отношение модулей перемещений, совершённые шариком за последовательно равные промежутки времени, свидетельствуют о том, шарик в свободном падении двигался равноускоренно.

- Сколько времени длилось движение шарика? (0,5 с)

- Какое расстояние прошел шарик за это время? (1м23 см)

- Начальная скорость чему равна? (0)

- Можно по этим данным вычислить модуль вектора ускорения шарика? Каким уравнением воспользуемся? (уравнение перемещения при равноускоренном движении без начальной скорости S _х= α _хt²/2)

- Рассчитайте (у доски)

- Чему равно ускорение свободного падения? (9,8 м/с²).(слайд 10)

Обозначается буквой g (первой буквой латинского слова gravitas – «тяжесть». Направлено всегда вниз .

- Что такое ускорение свободного падения? (ускорение с которым движется тело во время свободного падения) (записывают)

Учитель. Падение тел, наблюдаемое нами в повседневной жизни, строго говоря, будет являться свободным? (нет, т. К. помимо силы тяжести на тела действует сила сопротивления воздуха).

Предлагаю экспериментально определить ускорение свободного падения (работа с установкой)

В данном эксперименте продемонстрируем, что зависимость пройденного телом пути от времени аналогична закону движения, полученного для равноускоренного движения. Из полученных на основании эксперимента коэффициентов уравнения определим ускорение движения – ускорение свободного падения. Путь пройденный телом – пластиковой линейкой, определяется по суммарной длине n прозрачных и непрозрачных полос на линейке за определённое время. Число n полос, на которое сместилась линейка за это время, фиксируется по диаграмме состояния оптоэлектрического датчика, которое меняется каждый раз при пересечении границей прозрачной и непрозрачной полосы на линейке створа оптоворот. Диаграмма первоначально отображается на экране в масштабе, когда по горизонтальной оси отложено 3 с, то короткие промежутки между состояниями (открыт) и (закрыт) при падении в течении доли секунды первоначально сливаются вместе.. На линейке прозрачные и непрозрачные участки имеют длину 2 см. Поэтому интервал времени от момента первого перехода в состояние (перекрыто) до момента второго перехода в это состояние соответствует перемещению линейки на 4 см = 0, 4 м. В таблице этот интервал внесен в голубую ячейку столбца s. После заполнения таблицы построим график. Можно описывать уравнением y=Ax² , но линейка всегда в момент срабатывания датчика имеет уже скорость, поэтому воспользуемся уравнением y=Ax²+ Bx.

- Как вы думаете каким будет движение если линейку отпустить с большей высоты или толкнуть вниз с некоторой скоростью, что изменится в уравнении ? (начальные скорости будут разными , а ускорение останется близким к табличному значению ускорения свободного – это мы проверим на следующем уроке)

Ускорение свободного падения зависит от широты места: на полюсе = 9,832 м/с², на экваторе 9,78 м/с², кроме того существуют гравитационные аномалии, которые используются в гравиметрической разведке.  По значению ускорения свободного падения можно определить залежи нефти и газа и залежи металлических руд .

Зная, с каким ускорением движется любое тело под действием силы тяжести, согласно 2 закону Ньютона,(о чем нам гласит этот закон?) можно записать формулу для нахождения модуля вектора силы тяжести, действующей на тело произвольной массы m: F_тяж = 9,8 м/с² *m, а в 7 классе мы рассчитывали F_тяж = 9,8 Н/кг *m

- Чем отличаются эти формулы? (единицами измерения при коэффициенте 9,8)

- Как преобразовать Н/кг в м/с²? (1 Н = кг*м/с² , следовательно 1Н/кг = 1кг*м/с²/кг = 1 м/с²

4.3.Соотнести новую информацию с установившимися представлениями

Запишите уравнения равноускоренного движения для свободного падения тел. (1 человек у доски)

a= g, V= v_{0 +} gt, s = v₀t +gt²/2,

5. Первичная проверка усвоенных знаний

5.1 . Проверить понимание явления свободного падения тел

1. Что называется свободным падением тел?

2. Чем отличается падение тел в воздухе от их падения в вакууме?

3. Можно ли падение кусочка ваты в воздухе считать свободным? (нет)

4. А падение маленького тяжёлого железного шарика?

5. Что такое ускорение свободного падения?

6. Кто первым пришёл к выводу о том, что свободное падение является равноускоренным движением?

6.Закрепление новых знаний.

Применить полученные знания при решении конкретной задачи.

Минутка релаксации. В начале урока мы с вами составляли слова с корнем – пад-, одним из слов было ВОДОПАД, пример падения тел. Я предлагаю вам посмотреть видеоролик «Высочайшие водопады мира» (видеоролик с музыкальным сопровождением), а затем продолжим работу.

Решение задачи. Определить высоту водопада Анхель , самого высокого водопада в мире, если вода падает с этой высоты 14,52 с. С какой скоростью она касается водной пучины? (Текст на экране, в тетрадях алгоритм решения задач по кинематике ) (воспользоваться формулой S _х= g _хt²/2, вывести t)

7. Подведение итогов урока (Дать анализ успешности достижения цели.)

- Что мы выяснили на уроке? ( Что такое свободное падение, характер движения свободно падающих тел, чему равно ускорение свободного падения, уравнения, описывающие свободное падение)

(кратковременный тест на слайдах, коллективное решение) (Приложение 4)

8. Сообщение задания на дом.

Обеспечить понимание особенностей выполнения задания. : §.13, упр. 13