Резонанс: условия возникновения и практические проявления
Цели и задачи
- Цель урока по SMART: к концу урока учащиеся объяснят явление резонанса как резкого увеличения амплитуды вынужденных колебаний при совпадении частоты внешнего воздействия с собственной частотой системы, приведут не менее двух примеров его проявления и решат две учебные задачи на применение условия резонанса.
- Сформировать представление о свободных, затухающих и вынужденных колебаниях как основе понимания резонанса.
- Научить выявлять условие возникновения резонанса по описанию опыта, графику или жизненной ситуации и объяснять его физический смысл.
- Развивать умение работать с текстом учебника, наблюдать демонстрационный опыт, формулировать вывод и аргументировать ответ в формате заданий ОГЭ.
- Воспитывать ответственное отношение к технике и понимание того, что резонанс может быть как полезным, так и опасным явлением.
Планируемые результаты
Личностные
- Осознают связь физических знаний с безопасностью мостов, зданий, машин и музыкальных инструментов.
- Проявляют познавательный интерес к объяснению наблюдаемых колебательных явлений.
- Понимают значение точности наблюдений и аргументированного вывода для учебной и будущей профессиональной деятельности.
- Снижают тревожность перед ОГЭ через освоение понятного алгоритма анализа графиков и физических ситуаций.
Метапредметные
- Извлекают из текста учебника условие возникновения резонанса и преобразуют его в краткую схему.
- Сравнивают амплитуды вынужденных колебаний при различных частотах внешнего воздействия.
- Строят объяснение по схеме «условие — физический процесс — результат» и используют его при решении задач.
- Работают в паре, распределяют роли наблюдателя и докладчика, проверяют вывод по критериям.
- Применяют знания о резонансе к межпредметным ситуациям из музыки, инженерии и биологии.
Предметные
- Знать определение резонанса и условие его возникновения.
- Уметь объяснять резкое увеличение амплитуды вынужденных колебаний при совпадении частот.
- Уметь различать полезные и опасные проявления резонанса.
- Уметь определять наличие резонанса по таблице, графику или описанию опыта.
- Владеть алгоритмом решения качественных задач и применять формулу собственной частоты математического маятника в простейших случаях.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Определяют личную значимость изучения резонанса для безопасного поведения и понимания работы техники.
- Осознают ответственность человека, который проектирует или эксплуатирует колебательные системы.
- Формируют внутреннюю мотивацию через самостоятельное объяснение знакомых жизненных явлений.
- Соотносят учебную цель урока с индивидуальной подготовкой к ОГЭ.
Регулятивные УУД
- Формулируют цель исследования по проблемному вопросу о росте амплитуды колебаний.
- Планируют последовательность действий при работе с опытом, текстом учебника и задачей.
- Осуществляют самопроверку по эталону и находят причину ошибки в рассуждении.
- Оценивают степень достижения цели с помощью листа самооценки и билета на выход.
- Корректируют объяснение, если в нём отсутствует условие возникновения резонанса или его следствие.
Познавательные УУД
- Выделяют существенные признаки резонанса и отделяют их от второстепенных деталей опыта.
- Сравнивают результаты колебаний при разных частотах внешнего воздействия.
- Устанавливают причинно-следственную связь между совпадением частот и увеличением амплитуды.
- Интерпретируют график зависимости амплитуды вынужденных колебаний от частоты.
- Моделируют явление с помощью пружинных маятников и словесной схемы.
Коммуникативные УУД
- Формулируют точные вопросы к тексту учебника и демонстрационному опыту.
- Согласовывают общий вывод в паре и представляют его классу.
- Аргументируют ответ с использованием терминов «частота», «амплитуда», «вынужденные колебания».
- Корректно сравнивают разные точки зрения при обсуждении пользы и опасности резонанса.
- Используют краткую структуру ответа ОГЭ: утверждение, физическое объяснение, пример.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить два одинаковых или близких по конструкции маятника на общей опоре, один из которых можно приводить в движение периодическими толчками; проверить безопасность демонстрации.
- Подготовить пружинный маятник или набор грузов на пружинах для показа различной собственной частоты систем.
- Распечатать карточки с тремя ситуациями для работы в парах — по одной на пару, всего 15 карточек.
- Распечатать лист самооценки и билет на выход — по одному экземпляру на каждого ученика.
- Подготовить фрагмент текста учебника о вынужденных колебаниях и резонансе; заранее отметить определения и иллюстрации, с которыми будет вестись работа.
- Вывести на доску или экран схему: «внешняя частота близка к собственной частоте → амплитуда возрастает → наблюдается резонанс».
- Подготовить график зависимости амплитуды вынужденных колебаний от частоты внешней силы без подписанного вывода.
- Подготовить слайд с двумя заданиями в формате ОГЭ и эталоном ответов для самопроверки.
- Проверить наличие проектора, ноутбука, интерактивной доски, секундомера и маркеров; при отсутствии оборудования заменить демонстрацию рисунком и описанием опыта.
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и мотивация (3 мин)
Цель этапа: включить учащихся в учебную деятельность и вызвать интерес к проблеме резкого усиления колебаний.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель приветствует класс и говорит: "Здравствуйте, ребята. Проверьте, пожалуйста, готовность: тетрадь, ручка, учебник, лист самооценки. Сегодня мы будем не просто запоминать определение, а исследовать явление, которое встречается в музыке, технике и строительстве. В конце урока каждый сможет проверить себя небольшим заданием в формате ОГЭ." | Проверяют готовность, записывают дату, настраиваются на работу. |
2 мин | Учитель демонстрирует два маятника на общей опоре и сообщает: "Посмотрите: я периодически раскачиваю только один маятник. Почему второй сначала почти неподвижен, а затем начинает заметно колебаться? Можно ли добиться особенно большой амплитуды, если правильно выбрать ритм воздействия? Запишите предположение одним предложением." | Наблюдают опыт, формулируют предположения: "Нужно попасть в ритм колебаний"; "Частота толчков должна совпасть с частотой маятника". |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы увидели, что небольшое внешнее воздействие иногда вызывает большие колебания. Сейчас выясним, какое условие делает это возможным и почему такое явление важно учитывать в жизни."
Этап 2. Актуализация знаний (5 мин)
Цель этапа: восстановить знания о свободных, вынужденных и затухающих колебаниях, необходимых для открытия нового понятия.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель проводит приём «Подумай — обсуди в паре — поделись»: "Вспомните, что называют свободными колебаниями. Сначала сформулируйте ответ самостоятельно, затем обсудите его с соседом. В ответе обязательно назовите причину возникновения колебаний." | Индивидуально записывают определение, затем обсуждают в паре и формулируют: "Свободные колебания происходят после однократного отклонения системы под действием внутренних сил". |
2 мин | Учитель показывает на доске три словосочетания: «свободные», «затухающие», «вынужденные» и спрашивает: "Какое из них связано с периодическим действием внешней силы? Что происходит с амплитудой затухающих колебаний?" | Отвечают: "Вынужденные колебания вызываются периодической внешней силой"; "Амплитуда затухающих колебаний уменьшается". |
1 мин | Учитель уточняет: "Какие величины характеризуют колебательное движение? Какая из них показывает размах отклонения, а какая — число колебаний за единицу времени?" | Называют амплитуду и частоту, объясняют их смысл. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы вспомнили, что вынужденные колебания поддерживаются внешней периодической силой и имеют частоту внешнего воздействия. Теперь проверим, что происходит с амплитудой при изменении этой частоты."
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Этап 3. Постановка проблемы и целеполагание (4 мин)
Цель этапа: обнаружить учебное затруднение и совместно сформулировать цель исследования.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель показывает график зависимости амплитуды вынужденных колебаний от частоты внешней силы с выраженным пиком и говорит: "На графике амплитуда сначала возрастает, затем достигает максимума и снова уменьшается. Почему максимум возникает только в узком диапазоне частот? Как назвать это явление? Пока мы не можем дать полный научный ответ." | Рассматривают график, отмечают максимум, формулируют затруднение: "Мы видим зависимость, но не знаем, почему появляется пик". |
2 мин | Учитель организует приём «Снежный ком»: "Сначала каждый предложит, что нужно узнать, затем объединитесь в пары и выберите общий вопрос. Какая цель урока поможет объяснить опыт и график?" Учитель фиксирует на доске формулировку: «Выяснить условие резонанса и научиться объяснять его проявления». | Предлагают вопросы и формулируют цель: "Узнать, при каком соотношении частот амплитуда становится максимальной и как использовать это знание". |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Проблема поставлена: нам нужно связать максимум амплитуды с частотами системы и внешнего воздействия. Перейдём к наблюдению и тексту учебника, чтобы самостоятельно открыть закономерность."
Этап 4. Открытие нового знания. Исследование резонанса (10 мин)
Цель этапа: вывести определение резонанса через демонстрационный опыт и смысловое чтение учебника.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель проводит демонстрацию и говорит: "Перед вами два маятника. Их собственные частоты различаются. Я буду действовать на первый маятник небольшими периодическими толчками, а вы проследите за вторым. Сначала ритм толчков не совпадает с его собственной частотой, затем я изменю ритм. Сравните амплитуды и зафиксируйте наблюдение в таблице: частота внешнего воздействия — амплитуда." | Наблюдают два режима, записывают: при несовпадении частот амплитуда мала, при совпадении амплитуда быстро возрастает. |
4 мин | Учитель предлагает работу с учебником: "Прочитайте фрагмент о вынужденных колебаниях и резонансе. Приём чтения с пометками: знаком плюс отметьте новую информацию, вопросом — непонятное место. Найдите предложение, в котором указано условие резонанса, и подчеркните его." | Читают фрагмент учебника, ставят пометки, подчёркивают условие: частота внешнего воздействия равна или близка к собственной частоте системы. |
3 мин | Учитель строит на доске схему и поясняет: "Запишем научный вывод. Резонанс — это явление резкого увеличения амплитуды вынужденных колебаний, когда частота внешнего воздействия совпадает или близка к собственной частоте системы. Посмотрите на график: вершина соответствует резонансу. Почему после вершины амплитуда уменьшается?" | Записывают определение, показывают вершину графика, отвечают: "При дальнейшем увеличении частота внешнего воздействия удаляется от собственной частоты, поэтому амплитуда уменьшается". |
Запись в тетрадях
Резонанс — резкое увеличение амплитуды вынужденных колебаний при совпадении или близости частоты внешнего воздействия с собственной частотой колебательной системы. Схема: $\nu_{внеш} \approx \nu_0 \Rightarrow A$ максимально.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы открыли главное условие резонанса: согласованность частот. Теперь проверим новое знание на конкретных ситуациях и научимся отличать полезный резонанс от опасного."
Этап 5. Межпредметное применение и первичное закрепление (8 мин)
Цель этапа: применить понятие резонанса к ситуациям из музыки, техники и биологии и закрепить причинно-следственное объяснение.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
4 мин | Учитель раздаёт карточки и говорит: "Работаем в парах. На карточке описана одна ситуация: звучание корпуса музыкального инструмента, раскачивание качелей, разрушение конструкции от вибраций или работа радиоприёмника. За три минуты определите, есть ли резонанс, назовите внешнее воздействие и объясните изменение амплитуды. Используйте шаблон: «Когда..., то..., потому что...»." | Читают ситуацию, выделяют систему и внешнее воздействие, записывают объяснение по шаблону. Например: "Качели раскачиваются сильнее, если толкать их с частотой, близкой к собственной частоте качелей". |
2 мин | Учитель организует представление двух ответов: "Назовите не только пример, но и условие резонанса. Если пример связан с музыкой, поясните, что именно усиливается." | Докладывают: "В корпусе инструмента возникает резонанс: воздушные колебания имеют частоту, близкую к собственной частоте корпуса, поэтому звук усиливается". |
2 мин | Учитель задаёт вопрос межпредметной связи: "Почему инженер должен учитывать резонанс при проектировании моста, а музыкант, наоборот, стремится использовать его? Сравните эти ситуации." | Формулируют вывод: "В музыке резонанс усиливает полезный звук, а в строительстве чрезмерная амплитуда может привести к повреждению конструкции". |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Один и тот же физический закон может быть полезным или опасным в зависимости от цели и условий. Теперь индивидуально проверим, умеете ли вы находить условие резонанса в задаче и объяснять ответ без подсказки."
Этап 6. Самостоятельная работа с самопроверкой. Формат ОГЭ (8 мин)
Цель этапа: закрепить алгоритм решения качественных задач и провести формирующее оценивание.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
5 мин | Учитель выводит на экран задания: "Задание 1. Амплитуда вынужденных колебаний маятника максимальна, когда частота внешних толчков равна 0,5 Гц, а собственная частота маятника равна 2 Гц, 0,5 Гц или 4 Гц. Выберите правильный ответ и объясните. Задание 2. Почему нельзя регулярно воздействовать на конструкцию с частотой, близкой к её собственной? Запишите два предложения." Учитель напоминает: "Сначала назовите условие, затем примените его к данным задачи." | Индивидуально решают задания. В первом выбирают 0,5 Гц и записывают: "$\nu_{внеш}=\nu_0$, поэтому возникает резонанс". Во втором указывают: "Амплитуда колебаний может резко возрасти, что приведёт к повреждению или разрушению конструкции". |
3 мин | Учитель показывает эталон и говорит: "Проверьте не только конечный ответ, но и наличие объяснения. Если ответ выбран верно, а условие резонанса не записано, отметьте, что нужно исправить." | Сверяют решения, подчёркивают верное условие, исправляют неполное объяснение, выставляют себе условный балл по критериям. |
Эталон решения
1) Резонанс наблюдается при условии $\nu_{внеш} \approx \nu_0$. 2) Внешняя частота равна $0{,}5$ Гц, поэтому собственная частота должна быть $0{,}5$ Гц. 3) При совпадении частот амплитуда вынужденных колебаний достигает максимума. Для второй задачи: периодическое воздействие с частотой, близкой к собственной частоте конструкции, может вызвать резонанс и опасное увеличение амплитуды.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Вы применили определение резонанса к числовой и качественной ситуации. Осталось проверить, что каждый может сформулировать главное правило урока своими словами и назвать область его применения."
Этап 7. Рефлексия, подведение итогов и домашнее задание (7 мин)
Цель этапа: осознать результат обучения, выявить затруднения и определить способ дальнейшего закрепления.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель предлагает приём «Светофор»: "Покажите цвет, который соответствует вашему пониманию: зелёный — могу объяснить резонанс и привести пример; жёлтый — понимаю условие, но затрудняюсь с применением; красный — нужна помощь. После сигнала допишите фразу: «Резонанс возникает, когда...»." | Поднимают карточку выбранного цвета, дописывают: "Резонанс возникает, когда частота внешнего воздействия близка к собственной частоте системы". |
2 мин | Учитель раздаёт билет на выход: "Ответьте письменно на два вопроса: «Почему резонанс может быть полезным?» и «Какая типичная ошибка возможна при объяснении резонанса?» Сдайте билет при выходе." | Пишут краткие ответы: "Он усиливает звук музыкального инструмента"; "Можно забыть указать совпадение частот". |
2 мин | Учитель задаёт домашнее задание и говорит: "Выберите уровень, соответствующий вашей уверенности. Обязательный уровень выполняют все, повышающий и дополнительный — по желанию. Перед уходом назовите соседу по парте условие резонанса без подсказки." | Записывают домашнее задание, проговаривают условие резонанса в паре, задают уточняющие вопросы. |
Критерии оценивания практической работы
- «5» — верно выполнены оба задания самостоятельной работы, записано условие резонанса, приведено физически корректное объяснение опасности или пользы явления; в карточке межпредметной ситуации названы система, внешнее воздействие и результат.
- «4» — верно выполнены оба задания или допущена одна неточность в формулировке, но условие резонанса и причинно-следственная связь указаны правильно.
- «3» — правильно выполнено одно задание и частично сформулировано условие резонанса; пример приведён, но объяснение неполное или содержит смешение частоты и амплитуды.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Что нового вы узнали о связи собственной частоты и амплитуды колебаний? | Выявление осознания основного физического содержания урока. |
Как по графику определить область резонанса? | Проверка умения интерпретировать график и находить максимум амплитуды. |
Какое задание оказалось самым сложным и почему? | Выявление точек затруднения в алгоритме рассуждения. |
Где резонанс используется с пользой, а где его необходимо предотвращать? | Проверка межпредметного переноса и понимания практического значения темы. |
Завершающее слово учителя
"Сегодня мы выяснили, что резонанс — это резкое увеличение амплитуды вынужденных колебаний при совпадении или близости частот. Мы увидели, что резонанс помогает усиливать звук, но может быть опасен для мостов и механизмов. Типичная ошибка — назвать только большую амплитуду и забыть указать совпадение частот. На следующем уроке мы продолжим решать задачи на механические колебания и научимся анализировать их характеристики по графикам."
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Составить краткий конспект по теме «Резонанс»: записать определение, условие возникновения и по одному примеру полезного и опасного резонанса. Решить 3 качественные задачи на распознавание резонанса в описанной ситуации. | Закрепляет терминологию и алгоритм «условие — процесс — результат»; при проверке обратить внимание на указание совпадения частот. |
Средний (повышающий) | Решить 4 задачи: две на определение возможности резонанса по значениям частот и две на анализ графика зависимости амплитуды от частоты внешней силы; для каждой задачи записать объяснение в 2–3 предложениях. | Развивает применение и анализ; проверять правильность чтения графика, единицы частоты и полноту обоснования. |
Продвинутый (дополнительный) | Подготовить мини-сообщение на 1 страницу или схему «Резонанс в выбранной области»: музыка, транспорт, строительство, медицина или радиотехника. Указать систему, внешнее воздействие, собственную частоту и пользу либо опасность явления. | Формирует межпредметные связи и умение самостоятельно переносить физическую модель в реальный контекст; при проверке оценивать точность терминов и причинно-следственное объяснение. |
Контрольные вопросы перед выходом: «Что называют резонансом? При каком соотношении частот он возникает? Какая физическая величина резко увеличивается? Почему резонанс может быть одновременно полезным и опасным?»
