Ewa Mariola Lutkiewicz



Pobieranie 41.75 Kb.
Data01.05.2016
Rozmiar41.75 Kb.

Ewa Mariola Lutkiewicz




Konspekt lekcji fizyki wykorzystaniem programu IP Coach
Temat lekcji: Badanie drgań tłumionych za pomocą komputera
Dział programowy: Drgania i fale

Klasa III gimnazjum
Cele ogólne:

  • wspieranie nauczania fizyki wykorzystując program komputerowy IP COACH (lub zmodyfikowaną wersję COACH 5). Program COACH umożliwia rejestrację zmian parametrów fizycznych za pomocą wykresów i tabel danych. Daje to różnorodne możliwości analiz i porównań co ułatwia obserwację i zrozumienie zjawisk fizycznych, formułowanie praw lub ich weryfikację.

  • zbadanie ruchu oscylatora harmonicznego prostego oraz tłumionego na przykładzie ruchu ciężarka zawieszonego na sprężynie.


Cele operacyjne:
Uczeń wie:

  • jaki ruch nazywa się ruchem drgającym tłumionym,

  • jak zależy szybkość zmian od sił oporu ośrodka amplitudy w ruchu drgającym tłumionym,

  • jak zależy amplituda od czasu drgań w ruchu drgającym tłumionym,

Uczeń potrafi:


Metody:


  • eksperyment – doświadczenie,

  • dyskusja,

  • pokaz.

Środki dydaktyczne:



  • komputer z programem COACH i interfejsem przystosowanym do badania drgań tłumionych,

  • statyw, sprężyna,

  • ultradźwiękowy detektor ruchu.

Przebieg lekcji:

Część wstępna

  1. Wprowadzenie do tematu lekcji – przypomnienie wiadomości o drganiach i falach jakie uczniowie poznali na lekcji fizyki.

Pytania:

  • Podaj przykłady układów poruszających się ruchem drgającym.

  • Co to jest okres, częstotliwość i amplituda w ruchu drgającym?

  • Jakie są cechy charakterystyczne ruchu drgającego?

  1. Sprawdzenie pracy domowej z poprzedniej lekcji.

  2. Wyjaśnienie celu lekcji i zapisanie tematu na tablicy.



Część główna

  1. Uruchomienie komputerów i włączenie urządzeń pomiarowych, uruchomienie programu COACH, podłączenie konsoli pomiarowej.

  2. Omówienie wyglądu konsoli pomiarowej:




  1. Do umocowanej na statywie sprężyny przymocowujemy ciężarek. Pod ciężarkiem ustawiamy czujnik odległości. Poszukuje się odpowiedzi na pytanie: Czy będą widoczne zmiany amplitudy drgań po kilku lub kilkunastu okresach?

  2. Zapisanie definicji do zeszytu:


Ruch harmoniczny prosty to przykład ruchu idealnego charakteryzującego się powtarzalnością w czasie i niezmiennością maksymalnego wychylenia z położenia równowagi. Przykładem oscylatora harmonicznego może być przedmiot zawieszony na sprężynie, której drugi koniec jest przytwierdzony nieruchomo. Aby wychylić przedmiot z położenia równowagi należy rozciągnąć (lub ścisnąć) sprężynę działając na nią siłą. Siła ta jest proporcjonalna do współczynnika charakteryzującego sprężynę i może zostać opisana zależnością:

F= – kx=ma

gdzie: F to siła działająca na przedmiot, x - wychylenie z położenia równowagi,

k - stała charakteryzująca sprężynę,

m - masa zawieszonego na niej przedmiotu.

Pod działaniem tak określonej siły przedmiot porusza się ruchem harmonicznym a wychylenie z położenia równowagi można opisać zależnością:

gdzie: A to maksymalne wychylenie z położenia równowagi (amplituda),

ω to częstość kołowa określona przez równanie , w którym:

T to okres drgań,

Φ to kąt fazowy określający położenie oscylatora w chwili t = 0 (faza początkowa).
Ruch harmoniczny tłumiony

W rzeczywistości amplituda drgań oscylatora maleje się z czasem. Zmiana ta jest wywołana działaniem sił oporu w szczególności siły oporu powietrza. Amplitudę wychyleń oscylatora tłumionego można opisać zależnością:



gdzie, A0 to amplitudą początkową (dla t=0), a C - stałą.


Celem ćwiczenia będzie zbadanie ruchu oscylatora harmonicznego prostego oraz tłumionego na przykładzie ruchu ciężarka zawieszonego na sprężynie.


  1. Uruchomienie interfejsu pomiarowego i rozciągnięcie sprężyny:

Przebieg eksperymentu: Ruch harmoniczny

  • Umocuj ciężarek na sprężynie, zawieszonej na czujniku siły (jak na rysunku z prawej).

  • Połącz detektor ruchu z wejściem Sonic interfejsu oraz czujnik siły z wejściem analogowym.

  • Uruchom program Coach 5. Otwórz projekt „Pomiary w fizyce” i wybierz ćwiczenie „Ruch harmoniczny”.

  • Wychyl ciężarek z położenia równowagi.

  • Uruchom pomiar naciskając zielony przycisk Start.

  • Bądź ostrożny podczas przeprowadzania doświadczenia i pamiętaj, aby ciężarek nie zbliżył się do detektora na odległość mniejszą niż 40 cm lub spadł na niego.



  1. Zapisanie pomiarów jako plik txt.

Tabela prezentująca wyniki pomiarów:

czas

odległość

prędkość

0,07

1,22

-0,41

0,13

1,18

-0,35

0,20

1,18

-0,20

0,27

1,18

0,04

0,33

1,18

0,13

0,40

1,19

0,23

0,47

1,20

0,29

0,53

1,21

0,31

0,60

1,22

0,39

0,67

1,23

0,33

0,73

1,25

0,23

0,80

1,25

0,12

0,87

1,25

-0,01

0,93

1,25

-0,02

1,00

1,25

-0,13










  1. Przeniesienie wyników w pliku txt do arkusza kalkulacyjnego Excel




  1. Prezentacja na wykresie:






  1. Analiza i wnioski z pomiaru. Uczniowie samodzielnie powinni dostrzec zależności amplitudy od czasu i rozciągnięcia sprężyny.


Część końcowa

  1. Podsumowanie lekcji i ocena pracy uczniów.

  2. Zapisanie wniosków:

W czasie kilku czy kilkunastu okresów nie zauważyliśmy zmian amplitudy ruchu sprężyny. Natomiast w ciągu kilkudziesięciu okresów amplituda drgań malała stopniowo i po dłuższym czasie sprężyna przestała się poruszać.

Amplituda wahadła maleje wraz z upływem czasu.

Wzrost siły oporu powoduje silniejsze tłumienie ruchu wahadła.

Okres drgań tłumionych jest stały. Wnioski te uczniowie zapisują w zeszycie.


  1. Zadanie pracy domowej:

Przeanalizuj jak zmiana amplitudy wychylenia z położenia równowagi zmienia okres ruchu. Przeanalizuj jak zmiana masy ciężarka wpływa na zmianę okresu drgań wahadła. Określ związek między tymi wielkościami (masą i okresem).










©absta.pl 2019
wyślij wiadomość

    Strona główna