Imię i nazwisko autora:

Tomasz Gradowski, Krystyna Wosińska

Przedmiot:

Fizyka

Temat zajęć:

Co to są drgania wymuszone?

Grupa docelowa:

III etap edukacyjny, liceum, technikum, zakres podstawowy i rozszerzony

Podstawa programowa:

Cele kształcenia – wymagania ogólne
I. Wykorzystanie pojęć i wielkości fizycznych do opisu zjawisk oraz wskazywanie ich przykładów w otaczającej rzeczywistości.
III. Planowanie i przeprowadzanie obserwacji lub doświadczeń oraz wnioskowanie na podstawie ich wyników.

Zakres podstawowy
Treści nauczania – wymagania szczegółowe
I. Wymagania przekrojowe. Uczeń:
10) przeprowadza wybrane obserwacje, pomiary i doświadczenia korzystając z ich opisów; wyróżnia kluczowe kroki i sposób postępowania oraz wskazuje rolę użytych przyrządów i uwzględnia ich rozdzielczość;
15) wyodrębnia zjawisko z kontekstu, nazywa je oraz wskazuje czynniki istotne i nieistotne dla jego przebiegu.
IV. Drgania. Uczeń:
4) opisuje drgania wymuszone i drgania słabo tłumione, ilustruje zjawisko rezonansu mechanicznego na wybranych przykładach.

Zakres rozszerzony
Treści nauczania – wymagania szczegółowe
I. Wymagania przekrojowe. Uczeń:
10) przeprowadza wybrane obserwacje, pomiary i doświadczenia korzystając z ich opisów; planuje i modyfikuje ich przebieg; formułuje hipotezę i prezentuje kroki niezbędne do jej weryfikacji;
19) wyodrębnia zjawisko z kontekstu, nazywa je oraz wskazuje czynniki istotne i nieistotne dla jego przebiegu.
V. Drgania. Uczeń:
7) opisuje drgania wymuszone i drgania słabo tłumione, ilustruje zjawisko rezonansu mechanicznego na wybranych przykładach.

Kształtowane kompetencje kluczowe:

Zalecenia Parlamentu Europejskiego i Rady UE z 2018 r.:

• kompetencje w zakresie rozumienia i tworzenia informacji,

• kompetencje matematyczne oraz kompetencje w zakresie nauk przyrodniczych, technologii i inżynierii,

• kompetencje cyfrowe,

• kompetencje osobiste, społeczne i w zakresie umiejętności uczenia się.

Cele operacyjne:

Uczeń:

1. wyjaśni, jakie znaczenie ma występowanie siły wymuszającej w układach wykonujących drgania;

2. zbada wpływ wymuszenia periodycznego na dynamikę oscylatora harmonicznego;

3. przeanalizuje zależność amplitudy i częstości drgań wymuszonych od częstości siły wymuszającej;

4. opisze zjawisko rezonansu.

Strategie nauczania:

strategia eksperymentalno‑obserwacyjna (dostrzeganie i definiowanie problemów)

Metody nauczania:

wykład informacyjny, przeprowadzenie doświadczenia, pokaz multimedialny, analiza pomysłów

Formy zajęć:

praca w grupach, praca indywidualna

Środki dydaktyczne:

monitor interaktywny lub komputer z rzutnikiem albo tablety do dyspozycji każdego ucznia; niewielki przedmiot (piłeczka) zawieszony na elastycznej gumie lub sprężynie dla każdej 4‑osobowej grupy

Materiały pomocnicze:

e‑materiały: „Co to jest ruch harmoniczny?”, „Przykłady ruchu harmonicznego”, „Tłumienie drgań”, „Co to są drgania wymuszone?”.

PRZEBIEG LEKCJI

Faza wprowadzająca:

Wprowadzenie, zgodnie z treścią w części pierwszej „Czy to nie ciekawe?”.
Odwołanie do codziennej wiedzy uczniów o ruchu huśtawki i podtrzymywaniu jej drgań.

Faza realizacyjna:

Uczniowie, pracując w grupach, badają ruch piłeczki zawieszonej na elastycznej gumie.
Najpierw wyznaczają częstotliwość drgań własnych układu, mierząc czas na przykład 20 swobodnych drgań. Następnie, trzymając za koniec gumy, poruszają ręką w górę i w dół, zaczynając od powolnych ruchów (mała częstotliwość siły wymuszającej) i stopniowo zwiększając częstotliwość ruchów ręki, obserwują ruch piłeczki. Wyznaczają częstotliwość ruchów ręki, przy której amplituda piłeczki jest maksymalna. Uczniowie dzielą się swoimi spostrzeżeniami i pod kierunkiem nauczyciela wyciągają wnioski z doświadczenia (częstotliwość drgań wymuszonych jest zawsze równa częstotliwości siły wymuszającej a amplituda drgań wymuszonych jest tym większa, im częstotliwość siły wymuszającej jest bliższa częstotliwości własnej układu).
Nauczyciel wyjaśnia zjawisko rezonansu. Uczniowie pracują indywidualnie z symulacją interaktywną i odpowiadają na związane z nią pytania.

Faza podsumowująca:

Uczniowie odpowiadają na pytania:

• Co to są drgania wymuszone?

• Jaka jest ich częstość?

• Od czego zależy ich amplituda?

• Na czym polega rezonans?

Praca domowa:

Zadania 1 - 4 z zestawu zadań - obowiązkowo, jedno z pozostałych zadań - do wyboru.

Wskazówki metodyczne opisujące różne zastosowania danego multimedium

Multimedium bazowe może być wykorzystane przez uczniów po lekcji, w celu powtórzenia i lepszego zrozumienia materiału.