Научный журнал

Научное обозрение. Педагогические науки

ISSN 2500-3402

ПИ №ФС77-57475

Цель работы

Изучить зависимость периода свободных колебаний математического маятника от длины его нити и экспериментально подтвердить теоретическую зависимость.

Цель формулируется совместно с учениками, во время урока

Оборудование

Прочная нить длиной не менее 60 см; маленький груз (гайка, шарик и пр.); секундомер; линейка; подвес (край стола, дверная ручка и пр.).

Каждая работа будет считаться уникальной, так как грузы, которые будут использовать ученики, не смогут иметь одинаковые параметры

Повторение цикла научного познания

1. Наблюдение. Ученики знакомятся с явлением колебаний маятника: при раскачивании маятника он совершает периодические колебания. Возникает вопрос: от чего зависит период этих колебаний?

2. Первичный опыт. Ученики совершают первые пробные колебания при одной длине нити, фиксируя время. Меняя длину, учащиеся замечают, что колебания маятника зависят от длины.

3. Гипотеза. Обучающиеся делают предположения. Например, период колебаний маятника зависит от длины нити и не зависит от массы груза.

4. Повторный опыт. Обучающиеся проводят измерения при разных длинах нити, фиксируя время и рассчитывая период.

Вывод теоретической зависимости. Ученики сопоставляют экспериментальные данные с теоретической формулой T=2π, и убеждаются в соответствии между гипотезой и моделью.

5. Подтверждающий опыт. Ученики строят график зависимости Т2 от l, определяют ускорение свободного падения, производят оценку погрешностей и проверку точности формулы

Наличие инструкции к проведению домашней лабораторной работы

Пошаговая инструкция:

А. Подготовка оборудования.

1. Отмерьте 4 отрезка нити длиной 20 см, 30 см, 40 см и 50 см.

2. Привяжите груз к одному концу нити.

3. Закрепите другой конец нити на опоре, чтобы маятник мог свободно колебаться.

Б. Таблица результатов.

1. По мере проведения работы заносите все экспериментальные данные в таблицу.

2. После расчета параметров по формулам занесите их значения в таблицу.

Примечание: длины нити указываются в метрах.

В. Проведение измерений.

1. Отклоните маятник от положения равновесия на небольшой угол (не более 10–15°).

2. Отпустите маятник и засеките время 10 полных колебаний с помощью секундомера.

3. Повторите измерение 3 раза для повышения точности.

4. Запишите каждое измерение.

5. Вычислите среднее время: tcp = (t1 + t2 + t3) / 3 .

6. Рассчитайте период одного колебания: Т = tcp / 10.

7. Найдите квадрат периода Т2 = T ∙ T.

Г. Построение графика.

1. Постройте график зависимости Т2 ( по оси y) от длины l (по оси x).

2. Укажите единицы измерения на осях и подпишите их.

3. Отметьте точки, соедините их линией. График должен быть приближен к прямой.

Д. Анализ результатов.

1. Сравните полученные данные с формулой Т2 = (4π2 / g) ∙ l.

Это уравнение прямой вида y = k ∙ x, где k = 4π2 / g – коэффициент наклона.

2. Определите ускорение свободного падения g из наклона графика: g = 4π2 / k.

3. Сравните экспериментальное значение g с табличным g ≈ 9,8 м/с2.

4. Напишите возможные причины расхождений.

Е. Вывод.

В конце эксперимента кратко ответьте на вопросы:

1) Подтвердилась ли гипотеза?

2) Какой результат ускорения свободного падения получен?

3) Насколько эксперимент совпал с теорией?

4) Какие ошибки могли повлиять на точность?

Инструкция прописывается подробно, чтобы обучающийся мог выполнить эксперимент самостоятельно.

Она должна включать в себя:

1) Пошаговое описание действий от подготовки оборудования до построения графика.

2) Четкие указания на длины нити, количество колебаний, способы измерения, формулы для расчета периода и построение графика.

3) Подробное описание оформления таблицы (возможно, шаблон) и анализа результатов.

3) Напоминание о технике безопасности и корректной формулировке гипотезы

Наличие вариативных заданий, учитывающих индивидуальные способности

обучающихся

Вариативные элементы в данной работе можно прописать с учетом индивидуальных способностей учащихся, их уровня подготовки и интереса к предмету.

А. Базовый уровень (обязательный минимум):

1) Провести опыт с 3–4 длинами нити.

2) Определить среднее значение периода.

3) Построить таблицу данных и один график Т2(l).

Б. Углубленный уровень:

1) Вычислить ускорение свободного падения g.

2) Сравнить экспериментальное значение с табличным и обсудить возможные отклонения.

В. Творческий уровень:

1) Провести дополнительные измерения (например, с другими длинами или углами отклонения).

2) Исследовать, зависит ли период от массы груза.

3) Подготовить видеопрезентацию опыта или отчет в виде мини-проекта

Требования

к оформлению

результатов работы

Оформление работы должно быть структурированным, аккуратным и понятным. Рекомендуется соблюдать следующий порядок:

1. Тема и цель работы.

2. Оборудование.

3. Краткая теория (формула маятника и ее смысл).

4. Пошаговое описание выполнения.

5. Таблица измерений (длина, время, период, Т2).

6. Построение графика Т2(l).

7. Анализ данных и расчет

Библиографическая ссылка