人教版選修34 外力作用下的振動 第1課時 教案.docxVIP

11.5外力作用下的振動教學目標知識與技能（1）能從能量的觀點分析阻尼振動產(chǎn)生的原因（2）掌握受迫振動的概念。探究受迫振動的頻率與驅(qū)動力的頻率的關(guān)系（3）理解共振的概念及產(chǎn)生條件，知道常見的共振的應用和危害過程與方法：通過實驗探究受迫振動頻率與驅(qū)動力頻率及共振條件情感態(tài)度與價值觀體會物理與生活的緊密聯(lián)系，培養(yǎng)熱愛生活的情趣教學重點難點重點：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：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f驅(qū)固時，物體做受迫振動的振幅最大四、學情分析.1、教學中應該充分發(fā)揮實驗的作用，使學生理解物體在做受迫振動時其頻率跟驅(qū)動力頻率的關(guān)系，以及受迫振動的頻率與物體固有頻率接近時，振動的特點.2在做共振實驗時，也可以用如下的實驗代替課本中圖9-33的實驗。即在同一塊薄木板上固定許多長度不同，但質(zhì)地、粗細相同的小木棒，振動其中的一個，觀察其他小木棒哪一個振動得最劇烈。3注意引導學生多思考一下共振在實際中的應用(如樂器的共鳴箱等)以及避免共振的做法，培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際的能力和習慣。五、教學方法實驗、討論六、課前準備彈簧振子、受迫振動演示儀、擺的共振演示器七、課時安排1課時八、教學過程（一）預習檢查、總結(jié)疑惑（二）情景引入、展示目標現(xiàn)場演示彈簧振子的運動，提出問題：彈簧振子為什么會停下來而不一直運動下去？那么如何才能讓它永不停息的運動呢？（三）合作探究、精講點播學生帶著上述問題閱讀課本內(nèi)容。（給予學生2-3分鐘時間）現(xiàn)在以彈簧振子為例討論一下簡諧運動的能量問題。問：振子從b向o運動過程中，它的能量是怎樣變化的？引導學生答出彈性勢能減少，動能增加。問：振子從o向c運動過程中能量如何變化？振子由c向o、又由o向b運動的過程中，能量又是如何變化的？問：振子在振動過程中總的機械能如何變化？引導學生運用機械能守恒定律，得出在不計阻力作用的情況下，總機械能保持不變。教師指出：將振子從b點釋放后在彈簧彈力（回復力）作用下，振子向左運動，速度加大，彈簧形變（位移）減少，彈簧的彈性勢能轉(zhuǎn)化為振子的動能。當回到平衡位置o時，彈簧無形變，彈性勢能為零，振子動能達到最大值，這時振子的動能等于它在最大位移處（b點）彈簧的彈性勢能，也就是等于系統(tǒng)的總機械能。在任何一位置上，動能和勢能之和保持不變，都等于開始振動時的彈性勢能，也就是系統(tǒng)的總機械能。由于簡諧運動中總機械能守恒，所以簡諧運動中振幅不變。如果初始時b點與o點的距離越大，到o點時，振子的動能越大，則系統(tǒng)所具有的機械能越大。相應地，振子的振幅也就越大，因此簡諧運動的振幅與能量相對應。問：怎樣才能使受阻力的振動物體的振幅不變，而一直振動下去呢？引導學生答出，應不斷地向系統(tǒng)補充損耗的機械能，以使振動物體的振幅不變。指出：這種振幅不變的振動叫等幅振動。舉幾個等幅振動的例子，例如電鈴響的時候，鈴錘是做等幅振動。電磁打點計時器工作時，打點針是做等幅振動。掛鐘的擺是做等幅振動。它們的共同特點是，工作時振動物體不斷地受到周期性變化外力的作用。這種周期性變化的外力叫驅(qū)動力。在驅(qū)動力作用下物體的振動叫受迫振動。再讓學生舉幾個受迫振動的例子，例如內(nèi)燃機氣缸中活塞的運動，縫紉機針頭的運動，揚聲器紙盆的運動，電話耳機中膜片的運動等都是受迫振動。問：受迫振動的頻率跟什么有關(guān)呢？讓學生注意觀察演示（圖3）。用不同的轉(zhuǎn)速勻速地轉(zhuǎn)動把手，可以發(fā)現(xiàn)，開始振子的運動情況比較復雜，但達到穩(wěn)定后，振子的運動就比較穩(wěn)定，可以明顯地觀察到受迫振動的周期等于驅(qū)動力的周期。這樣就可以得到物體做受迫振動的頻率等于驅(qū)動力的頻率，而跟振子的固有頻率無關(guān)。問：受迫振動的振幅又跟什么有關(guān)呢？演示擺的共振（裝置如圖4），在一根繃緊的繩上掛幾個單擺，其中a、b、g球的擺長相等。當使a擺動起來后，a球的振動通過張緊的繩給其余各擺施加周期性的驅(qū)動力，經(jīng)一段時間后，它們都會振動起來。驅(qū)動力的頻率等于a擺的頻率。實驗發(fā)現(xiàn)，在a擺多次擺動后，各球都將以a球的頻率振動起來，但振幅不同，固有頻率與驅(qū)動力頻率相等的b、g球的振幅最大，而頻率與驅(qū)動力頻率相差最大的d、e球的振幅最小。明確指出：驅(qū)動力的頻率跟物體的固有頻率相等時，振幅最大，這種現(xiàn)象叫共振。講解一下共振在技術(shù)上有其有利的一面，也存在不利的一面。結(jié)合課本讓同學思考，在生活實際中利用共振和防止共振的實例。例1一單擺做阻尼振動，則在振動過程中()a振幅越來越小，周期也越來越小b振幅越來越小，周期不變c在振動過程中，通過某一位置時，機械能始終不變d在振動過程中，機械能不守恒解析因單擺做阻尼振動，所以振幅越來越小，機械能越來越小，振動周期不變答案bd例2如圖4所示，把兩個彈簧振子懸掛在同一支架上，已知甲彈簧振子的固有頻率為9 hz，乙彈簧振子的固有頻率為72 hz，當支架在受到豎直方向且頻率為9 hz的驅(qū)動力作用做受迫振動時，則兩個彈簧振子的振動情況是()圖4a甲的振幅較大，且振動頻率為18 hzb甲的振幅較大，且振動頻率為9 hzc乙的振幅較大，且振動頻率為9 hzd乙的振幅較大，且振動頻率為72 hz解析根據(jù)受迫振動發(fā)生共振的條件可知甲的振幅較大，因為甲的固有頻率等于驅(qū)動力的頻率，做受迫振動的物體的頻率等于驅(qū)動力的頻率，所以b選項正確答案b例3如圖5所示的演示裝置，一根張緊的水平繩上掛著五個單擺，其中a、e擺長相同，先使a擺動，其余各擺也隨著擺動起來，可以發(fā)現(xiàn)振動穩(wěn)定后()圖5a各擺的固有周期均相同b各擺振動的周期均與a擺相同cc擺振幅最大db擺振動周期最小解析單擺的固有周期由擺長決定，故除a、e固有周期相同外，其他擺的固有周期都不相同，a錯；a擺動后，通過水平繩對周圍的b、c、d、e四個單擺提供周期性的驅(qū)動力，四擺都在同一驅(qū)動力作用下運動，故它們的振動周期均與a擺的固有周期相同，b對，d錯；其中e擺發(fā)生共振現(xiàn)象，振幅最大，c錯答案b例4一個單擺做受迫振動，其共振曲線(振幅a與驅(qū)動力的頻率f的關(guān)系)如圖6所示，則()圖6a此單擺的固有周期約為0.5 sb此單擺的擺長約為1 mc若擺長增大，單擺的固有頻率增大d若擺長增大，共振曲線的峰將向右移動解析由共振條件知單擺固有頻率為f0.5 hz，則其固有周期為t2 s，選項a錯；由單擺周期公式t2，可求得單擺擺長為l1 m，選項b對；擺長增大，單擺的周期變大，其固有頻率變小，共振曲線的峰將向左移動，選項c、d錯答案b課堂練習1(對阻尼振動的理解)做阻尼振動的振子哪些物理量在減小()a機械能 b振幅c周期 d頻率答案ab2(對受迫振動的理解)如圖7所示，曲軸上懸掛一彈簧振子，轉(zhuǎn)動搖把，曲軸可以帶動彈簧振子上下振動開始時不轉(zhuǎn)動搖把，讓振子上下自由振動，測得振動頻率為2 hz，然后勻速轉(zhuǎn)動搖把，轉(zhuǎn)速為240 r/min，當振子振動穩(wěn)定后，它的振動周期為()圖7a. s b. s c2 s d4 s答案b解析受迫振動的周期等于驅(qū)動力的周期，故t s s.3(阻尼振動中的能量)如圖8所示是一個水平彈簧振子做阻尼振動的振動圖象，曲線上a、b兩點連線與橫軸平行，下列說法正確的是()圖8a振子在a時刻的動能等于b時刻的動能b振子在a時刻的勢能大于b時刻的勢能c振子在a時刻的機械能等于b時刻的機械能d振子在a時刻的機械能大于b時刻的機械能答案d解析由于彈簧振子做阻尼振動，所以a時刻的機械能大于b時刻的機械能，c錯，d對；由于彈簧的彈性勢能僅與彈簧的形變量(即振子的位移)有關(guān)，a、b時刻彈簧的形變量相等，故勢能相等，所以b錯；通過上述分析可知振子在a時刻的動能大于b時刻的動能，a錯4(對共振的理解)一砝碼和一輕彈簧構(gòu)成彈簧振子，圖9甲所示的裝置可用于研究該彈簧振子的受迫振動勻速轉(zhuǎn)動把手時，曲桿給彈簧振子以驅(qū)動力，使振子做受迫振動把手勻速轉(zhuǎn)動的周期就是驅(qū)動力的周期，改變把手勻速轉(zhuǎn)動的速度就可以改變驅(qū)動力的周期若保持把手不動，給砝碼一向下的初速度，砝碼便做簡諧運動，振動圖線如圖乙所示當把手以某一速度勻速轉(zhuǎn)動，受迫振動達到穩(wěn)定時，砝碼的振動圖線如圖丙所示若用t0表示彈簧振子的固有周期，t表示驅(qū)動力的周期，y表示受迫振動達到穩(wěn)定后砝碼振動的振幅，則()圖9a由圖線可知t04 sb由圖線可知t08 sc當t在4 s附近時，y顯著增大；當t比4 s小得多或大得多時，y很小d當t在8 s附近時，y顯著增大；當t比8 s小得多或大得多時，y很小答案ac解析題圖乙是彈簧振子未加驅(qū)動力時振動的圖線，故由題圖乙讀出的周期為其振動的固有周期，即t04 s題圖丙是彈簧振子在驅(qū)動力作用下的振動圖線做受迫振動的物體，其振動的周期等于驅(qū)動力的周期，即t8 s當固有周期與驅(qū)動力的周期相同時，其振幅最大兩周期差別越大，其振動振幅越小由以上分析可知，a、c對作業(yè)1自由擺動的秋千，擺動的振幅越來越小，下列說法正確的是()a機械能守恒b能量正在消失c總能量守恒，機械能減小d只有動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化答案c解析自由擺動的秋千可以看做阻尼振動的模型，振動系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)化不僅是系統(tǒng)內(nèi)部動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化振動系統(tǒng)是一個開放系統(tǒng)，與外界時刻進行能量交換系統(tǒng)由于受到阻力，因而振動的能量不斷減小，但總能量守恒故正確答案為c.2彈簧振子在振動過程中振幅逐漸減小，這是由于()a振子開始振動時振幅太小b在振動過程中要不斷克服外界阻力做功，消耗能量c動能和勢能相互轉(zhuǎn)化d振子的機械能逐漸轉(zhuǎn)化為內(nèi)能答案bd解析由于阻力作用，振子的機械能減小，振幅減小，故b、d正確3一單擺在空氣中振動，振幅逐漸減小，下列說法正確的是()a振動的機械能逐漸轉(zhuǎn)化為其他形式的能b后一時刻的動能一定小于前一時刻的動能c后一時刻的勢能一定小于前一時刻的勢能d后一時刻的機械能一定小于前一時刻的機械能答案ad解析單擺振動過程中，會不斷克服空氣阻力做功使機械能逐漸轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，a、d對；雖然單擺總的機械能在逐漸減少，但在振動過程中動能和勢能仍不斷地相互轉(zhuǎn)化動能轉(zhuǎn)化為勢能時，動能逐漸減少，勢能逐漸增加，而勢能轉(zhuǎn)化為動能時，勢能逐漸減少，動能逐漸增加，所以不能斷言后一時刻的動能(或勢能)一定小于前一時刻的動能(或勢能)，故b、c錯4下列振動中屬于受迫振動的是()a用重錘敲擊一下懸吊著的鐘后，鐘的擺動b打點計時器接通電源后，振針的振動c小孩睡在自由擺動的吊床上，小孩隨著吊床一起擺動d彈簧振子在豎直方向上沿上下方向振動答案b解析受迫振動是振動物體在驅(qū)動力作用下的運動，故只有b對a、c是阻尼振動，d是簡諧運動5日本曾發(fā)生過里氏9.0級大地震，導致很多房屋坍塌，場景慘不忍睹，就此事件，下列說法正確的是()a所有建筑物振動周期相同b所有建筑物振幅相同c建筑物的振動周期由其固有周期決定d所有建筑物均做受迫振動答案ad解析地面上的所有建筑物都在同一驅(qū)動力下做受迫振動，它們的振動周期都與驅(qū)動力的周期相同，與其固有周期無關(guān)，故a、d正確，c錯誤由于不同的建筑物固有周期不盡相同，所以做受迫振動時，它們的振幅不一定相同，b錯誤6下列說法正確的是()a某物體做自由振動時，其振動頻率與振幅無關(guān)b某物體做受迫振動時，其振動頻率與固有頻率無關(guān)c某物體發(fā)生共振時的頻率等于其自由振動的頻率d某物體發(fā)生共振時的振動就是無阻尼振動答案abc7a、b兩個單擺，a擺的固有頻率為f，b擺的固有頻率為4f，若讓它們在頻率為5f的驅(qū)動力作用下做受迫振動，那么a、b兩個單擺比較()aa擺的振幅較大，振動頻率為fbb擺的振幅較大，振動頻率為5fca擺的振幅較大，振動頻率為5fdb擺的振幅較大，振動頻率為4f答案b解析a、b兩擺均做受迫振動，其振動頻率應等于驅(qū)動力的頻率，即5f，因b擺的固有頻率接近驅(qū)動力的頻率，故b擺的振幅較大，b正確，a、c、d錯誤8下列關(guān)于共振和防止共振的說法，正確的是()