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2019-2020年高中物理 14 阻尼振動 受迫振動教案 教科版選修3-4 課題 阻尼振動 受迫振動 課型 新授課 課時數(shù) 1課時 教學(xué) 目標(biāo) 1.知道什么是受迫振動，知道受迫振動的頻率等于驅(qū)動力的頻率。 2.知道什么是共振以及發(fā)生共振的條件。 3.知道共振的應(yīng)用和防止的實(shí)例。 重點(diǎn) 難點(diǎn) 重點(diǎn)：1.什么是受迫振動. 2.什么是共振及產(chǎn)生共振的條件 難點(diǎn)：1.物體發(fā)生共振決定于驅(qū)動力的頻率與物體固有頻率的關(guān)系，與驅(qū)動力大小無關(guān). 2.當(dāng)f驅(qū)＝ｆ固時，物體做受迫振動的振幅最大。 教學(xué) 過程 主 要 內(nèi) 容 （教師填教法或點(diǎn)撥的方法, 學(xué)生填知識要點(diǎn)或反思） 一、 二、 三、 四、 五、 六、 七、 【預(yù)習(xí)導(dǎo)引】 1.什么是阻尼振動? 學(xué)生答： 實(shí)際的振動系統(tǒng)不可避免地要受到摩擦阻力和其他因素的影響，系統(tǒng)的機(jī)械能損耗，導(dǎo)致振動完全停止，這類振動叫阻尼振動。 2.引入：同學(xué)們，我們知道，物體之所以做阻尼振動，是由于機(jī)械能在損耗，那么如果在機(jī)械能損耗的同時我們不斷地給它補(bǔ)充能量物體的振動情形又如何呢?本節(jié)課我們來研究有關(guān)的問題. 【建構(gòu)新知】 1.受迫振動 (1)演示，用右圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置 ①向下拉一下振子，觀察它的振動情況. ②學(xué)生答：振子做的是阻尼振動. ③請一位同學(xué)勻速轉(zhuǎn)動把手，觀察振動物體的振動情形和剛才有什么不同? 學(xué)生答：剛才振子振動一會就停下來，而現(xiàn)在振子能夠持續(xù)地振動下去. 教師問：使振子能夠持續(xù)振動下去的原因是什么? 學(xué)生答：是把手給了振動系統(tǒng)一個周期性的力的作用. (2)通過上述演示分析： ①作用于振動系統(tǒng)，使系統(tǒng)能持續(xù)地振動下去的外力叫驅(qū)動力. ②物體在外界驅(qū)動力作用下所做的振動叫受迫振動. (3)教師問：如果我們給系統(tǒng)施加一作用時間很短的驅(qū)動力，系統(tǒng)能持續(xù)地振動下去嗎? 學(xué)生討論后得到： 要想使物體能持續(xù)地振動下去，必須給振動系統(tǒng)施加一個周期性的驅(qū)動力作用. (4)同學(xué)們想一想：有哪些物體做的是受迫振動? 學(xué)生答：發(fā)動機(jī)正在運(yùn)轉(zhuǎn)時汽車本身的振動；正在發(fā)聲的揚(yáng)聲器紙盒的振動；飛機(jī)從房屋上飛過時窗玻璃的振動；我們聽到聲音時耳膜的振動等. (5)受迫振動的實(shí)例 ①電磁打點(diǎn)計(jì)時器的振針；②工作時縫紉機(jī)的振針； ③揚(yáng)聲器的紙盒；④跳水比賽時，人在跳板上走過時，跳板的振動；⑤機(jī)器底座在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時發(fā)生的振動. (6)通過剛才的學(xué)習(xí)，我們知道物體在周期性的驅(qū)動力作用下所做的振動叫受迫振動；那么周期性作用的驅(qū)動力的頻率、受迫振動的頻率、系統(tǒng)的固有頻率之間有什么關(guān)系呢? ①還以上圖中的裝置進(jìn)行如下演示： 用不同的轉(zhuǎn)速分別勻速地轉(zhuǎn)動把手，觀察振子的振動快慢情況. ②學(xué)生敘述觀察到的現(xiàn)象： 當(dāng)把手轉(zhuǎn)速小時，振子振動較慢； 當(dāng)把手轉(zhuǎn)速大時，振子振動較快. ③定性總結(jié)：物體做受迫振動時，振子振動的快慢隨驅(qū)動力變化的快慢而變化. (7)教師：經(jīng)過定量實(shí)驗(yàn)證明 ①物體做受迫振動時，振動穩(wěn)定后的頻率等于驅(qū)動力的頻率. ②受迫振動的頻率跟物體的固有頻率沒有關(guān)系. 2.共振 過渡引言：受迫振動的頻率等于驅(qū)動力的頻率，與物體的固有頻率無關(guān)，但是如果驅(qū)動力的頻率接近或等于物體的固有頻率時又會發(fā)生什么現(xiàn)象呢? (1)演示實(shí)驗(yàn)(二) ①介紹右圖所示的共振演示儀 在一根張緊的繩子ab上掛了幾個擺，其中A、B、C的擺長相等. ②演示：先讓A擺擺動，觀察在擺動穩(wěn)定后的現(xiàn)象.③學(xué)生描述看到的現(xiàn)象. A擺動起來后，B、C、D、E也隨之?dāng)[動，但是它們擺動的振幅不同，A、B、C擺動的振幅差不多，而D擺動的振幅最小. (2)出示分析思考題 a:A、B、C擺長相同，意味著它們的固有頻率有什么關(guān)系?根據(jù)是什么? b:B、C、D、E做的是什么振動?若是受迫振動，驅(qū)動力由什么提供? c:據(jù)觀察到的現(xiàn)象可得到什么結(jié)論? (3)學(xué)生討論后回答 ① 據(jù)和 得到，A、B、C三擺的固有頻率相同. ②B、C、D、E做的是受迫振動，它們的驅(qū)動力都是由先擺起來的A擺提供的. ③據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象得到：驅(qū)動力的頻率f ′等于振動物體的固有頻率f ′時，振幅最大，驅(qū)動力的頻率跟固有頻率f ′相差越大，振幅越小. (4)通過上述實(shí)驗(yàn)，我們得到：受迫振動的振幅A與驅(qū)動力的f及振動物體的固有頻率之間的關(guān)系有關(guān)，它們之間的這種關(guān)系可用圖象來表示：這個圖象叫共振曲線. ①用多媒體出示共振曲線 a:學(xué)生敘述坐標(biāo)軸代表的物理量. 縱軸：表示受迫振動的振幅. 橫軸：表示驅(qū)動力的頻率. b:據(jù)圖象特點(diǎn)，學(xué)生敘述受迫振動的振幅、驅(qū)動力的頻率、物體的固有頻率之間的關(guān)系. 當(dāng)驅(qū)動力頻率等于物體固有頻率時，物體振幅最大，驅(qū)動力頻率與固有頻率相差越大，物體的振幅越小. ②結(jié)論：驅(qū)動力的頻率接近物體的固有頻率時，受迫振動的振幅最大，這種現(xiàn)象叫做共振. (5)演示：①介紹實(shí)驗(yàn)用具：兩個頻率相同的帶有共鳴箱的音叉，放在實(shí)驗(yàn)臺上. ②先用小槌打擊音叉A的叉股，使它發(fā)聲，過一會兒，用手按住音叉A的叉股，使A停止發(fā)聲，學(xué)生描述產(chǎn)生的現(xiàn)象. 可以聽到?jīng)]被敲響的音叉發(fā)出了聲音. ③在音叉的叉股上套上一個套管，重新做步驟②，學(xué)生描述產(chǎn)生的現(xiàn)象. 聽不到音叉B發(fā)出的聲音了. (6)學(xué)生閱讀課文，得到產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因 音叉A的叉股被敲時發(fā)生振動，在空氣中激起聲波，聲波傳到音叉B，給音叉B以周期性的驅(qū)動力. ①第一次實(shí)驗(yàn)時，A、B的固有頻率相同，符合產(chǎn)生共振的條件，于是B的振幅最大，就可以聽到B發(fā)出的聲音. ②第二次實(shí)驗(yàn)時，由于給B的音叉套上了套管，使A、B的固有頻率不再相同，此時B不能產(chǎn)生共振，發(fā)出的聲音很小，甚至聽不到. (7)學(xué)生回答 ①什么是聲音的共鳴?——(聲音的共振現(xiàn)象叫共鳴) ②共鳴箱所起的作用是什么?——使音叉的聲音加強(qiáng). 3.共振的應(yīng)用和防止 (1)學(xué)生閱讀課文，總結(jié)共振的應(yīng)用和防止的實(shí)例. (2)學(xué)生回答： 應(yīng)用的實(shí)例：共振篩、音箱. 防止的實(shí)例：火車過橋慢開，控制機(jī)器的轉(zhuǎn)速等. (3)實(shí)例： ①應(yīng)用的實(shí)例： a:小提琴、二胡等樂器設(shè)置共鳴箱. b:建筑工地上澆鑄混凝土?xí)r使用的振搗器. c:粒料分離時使用的共振篩. ②防止的實(shí)例： a:軍隊(duì)或火車過橋時要放慢速度或便步走. b:輪船航行時要看波浪的打擊方向而改變輪船的航向和速度. c:機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時為了防止共振要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速. (4)學(xué)生通過上述實(shí)例分析，回答： ①利用共振時，應(yīng)如何去做?——(利用共振時，應(yīng)使驅(qū)動力的頻率接近或等于物體的固有頻率) ②防止共振時，應(yīng)如何做?——(在需要防止共振時，應(yīng)使驅(qū)動力的頻率與振動物體的固有頻率不同，而且相差越大越好.) 中要防止共振? 【知識運(yùn)用】 例題1．一懸掛于天花板上的單擺的共振線如圖，由圖可知 （1）此單擺的擺長為。() （2）共振時單擺的振幅為。 【課堂訓(xùn)練】 課本問題與練習(xí)P12 【回顧小結(jié)】 1.物體在外界驅(qū)動力作用下所做的振動叫受迫振動.受迫振動的頻率取決于驅(qū)動力的頻率； 2.共振是受迫振動的特殊情況，共振是當(dāng)驅(qū)動力的頻率等于物體固有頻率時，受迫振動的振幅最大的現(xiàn)象. 3.共振在實(shí)際中的應(yīng)用，往往是利用共振振幅大的特點(diǎn)，但有時也要防止發(fā)生共振，避免產(chǎn)生有害后果. 八、教學(xué)反思 九、課后作業(yè): 課本中本節(jié)課后練習(xí)1、2