《外力作用下的振動(dòng)》名師教案

PAGE14《外力作用下的振動(dòng)》教學(xué)設(shè)計(jì)【教學(xué)目標(biāo)】一、知識(shí)與技能1．知道什么叫固有頻率，理解固有的含義。2．知道什么叫阻尼振動(dòng)，能從能量的角度分析阻尼振動(dòng)產(chǎn)生的原因。3．知道什么叫驅(qū)動(dòng)力，理解它是按效果命名的力。4．知道什么叫受迫振動(dòng)。通過實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)受迫振動(dòng)的特點(diǎn)。理解系統(tǒng)做受迫振動(dòng)的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，與系統(tǒng)的固有頻率無關(guān)。5．知道什么叫共振，理解共振發(fā)生的條件，知道常見共振的應(yīng)用和危害。二、過程與方法1．通過演示實(shí)驗(yàn)與學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練學(xué)生的觀察能力和由實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象提煉出規(guī)律的能力以及表達(dá)能力。2．通過讓學(xué)生列舉或解釋自然現(xiàn)象和生活中實(shí)例的方法，培養(yǎng)學(xué)生用物理原理和研究方法解決實(shí)際問題的意識(shí)。三、情感態(tài)度與價(jià)值觀讓學(xué)生領(lǐng)略物理現(xiàn)象與規(guī)律的奇妙與和諧，發(fā)展學(xué)生的好奇心與求知欲，體驗(yàn)探究的艱辛與樂趣?！緦W(xué)情分析】高二年級(jí)的學(xué)生在學(xué)習(xí)本課之前已經(jīng)學(xué)習(xí)了簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力和能量、彈簧振子、單擺、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖像、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的固有周期、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的固有頻率、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的振幅等概念，他們學(xué)習(xí)本課的基礎(chǔ)較好，自主學(xué)習(xí)的能力較強(qiáng)，在上課之前要求學(xué)生預(yù)習(xí)并制作相關(guān)的實(shí)驗(yàn)器材，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣就被調(diào)動(dòng)起來了，而上課的分組實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生的合作學(xué)習(xí)也會(huì)起到非常好的作用。所以，預(yù)測(cè)本課會(huì)很成功?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】1．受迫振動(dòng)的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，與系統(tǒng)的固有頻率無關(guān)。2．共振發(fā)生的條件。【教學(xué)難點(diǎn)】受迫振動(dòng)的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率與系統(tǒng)的固有頻率無關(guān)的理解?！窘虒W(xué)方法】學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)、演示實(shí)驗(yàn)、多媒體視頻、三維動(dòng)畫、啟發(fā)，討論，交流。【課時(shí)安排】1課時(shí)（固有頻率的概念在研究彈簧振子或單擺時(shí)已經(jīng)得出，所以本節(jié)課讓學(xué)生看書直接說出并解釋）【教學(xué)過程】一、引入新課【課前小故事】唐朝時(shí)，洛陽某寺院里一個(gè)和尚得到了一個(gè)磬，他視為至寶，放在房中。不料那磬常常無故自鳴，尤其是半夜里會(huì)突然響動(dòng)，猶如鬧鬼一般，實(shí)在嚇人。這個(gè)和尚疑神疑鬼，又不敢把它怎么樣，唯恐招致更大的禍害；又憂又急，竟生起病來了。當(dāng)時(shí)管理皇家音樂事項(xiàng)的「大樂令」曹紹夔跟這個(gè)和尚頗有交情，聽到和尚生病的消息，特地趕來問候。談起病因，和尚不好意思地說；「實(shí)不相瞞??」接著一五一十地把事情的經(jīng)過都告訴了曹紹夔。聽著聽著，曹紹夔自然已心中有數(shù)，便要來那磬觀看，只見曹紹夔在磬上弄幾一下，口稱「善哉」、「善哉」，說鬼已經(jīng)被趕跑了。從此以后，那磬果然不再自鳴了。師：那曹紹夔是用了什么方法將鬼趕跑了呢板書：外力作用下的振動(dòng)師：前面我們學(xué)習(xí)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)引入了兩個(gè)理想化模型是什么生：彈簧振子和單擺。師：說它理想很重要的一點(diǎn)就是我們忽略掉振動(dòng)中的摩擦阻力或空氣阻力等，即忽略掉振動(dòng)系統(tǒng)的能量損失，那么彈簧振子或單擺做什么樣的振動(dòng)生：演示說明教師演示實(shí)驗(yàn)：水平彈簧振子做振幅逐漸減小的振動(dòng)。師：這種由于能量的損失導(dǎo)致的振幅逐漸減小的振動(dòng)叫阻尼振動(dòng)。二、新課教學(xué)板書一、阻尼振動(dòng)1．振幅逐漸減小的振動(dòng)叫阻尼振動(dòng)。2．阻尼振動(dòng)的-t圖像（圖11．5-1）師：要想將振幅隨時(shí)間變化的情況直觀形象的表現(xiàn)出來怎么辦生：作圖像師：哪個(gè)同學(xué)能畫出圖像來（教師請(qǐng)某個(gè)同學(xué)在白板上做出圖像，與同學(xué)們一起做出評(píng)價(jià)并更正，然后播放用幾何畫板作圖過程）師：你認(rèn)為振幅減小的快慢與什么相關(guān)生：討論后得出與阻力大小有關(guān)。學(xué)生實(shí)驗(yàn)：彈簧振子振動(dòng)，第一次在空氣中；第二次在水中（用玻璃水槽盛水，便于觀察）。提醒學(xué)生觀察振幅減小的快慢有什么不同。師：如果進(jìn)一步增大阻力，會(huì)不會(huì)造成振動(dòng)不能發(fā)生呢生：可能不發(fā)生振動(dòng)。師：若將彈簧振子放入泥漿，小球在粘稠的泥漿中呢生：就不發(fā)生振動(dòng)了板書3．振幅減小的快慢與阻力大小有關(guān)；當(dāng)阻力過大時(shí)，振動(dòng)不能發(fā)生。課堂練習(xí)：【典例1】一單擺做阻尼振動(dòng)，則在振動(dòng)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(dòng)過程中，通過某一位置時(shí)，機(jī)械能始終不變D．振動(dòng)過程中，機(jī)械能不守恒，周期不變答案：BD師：鐘擺在擺動(dòng)時(shí)受不受阻力作用呢它的振幅是否減小呢（有相當(dāng)多的學(xué)生沒見過帶擺的表，如果學(xué)習(xí)單擺一節(jié)時(shí)讓學(xué)生看過實(shí)物或視頻了，此時(shí)直接提出問題即可，否則要演示實(shí)物或視頻。）生：普遍認(rèn)為受阻力，但振幅又保持不變。師：是什么原因?qū)е滤恼穹粶p小呢生：討論后或經(jīng)老師提醒后得出擺不斷得到能量補(bǔ)充。師：那想讓剛才那個(gè)水平彈簧振子持續(xù)振動(dòng)下去，你們能做到嗎生：能（讓一個(gè)學(xué)生做給同學(xué)們看）師：這個(gè)同學(xué)所施加的力有什么特點(diǎn)生：具有周期性師：像這樣作用在系統(tǒng)上，不斷對(duì)系統(tǒng)做功的周期性外力叫驅(qū)動(dòng)力（教師指明跟回復(fù)力一樣，驅(qū)動(dòng)力也是按效果命名的力。）師：像鐘擺及水平彈簧振子這樣的物體，在驅(qū)動(dòng)力作用下雖有能量損耗但能量又不斷得到補(bǔ)充，使振動(dòng)能夠持續(xù)下去的振動(dòng)叫受迫振動(dòng)。板書二、受迫振動(dòng)1．作用在系統(tǒng)上，不斷對(duì)系統(tǒng)做功的周期性外力叫驅(qū)動(dòng)力。2．受迫振動(dòng)：系統(tǒng)在驅(qū)動(dòng)力作用下的振動(dòng)。師：除鐘擺外，請(qǐng)你再列舉出幾個(gè)受迫振動(dòng)的實(shí)例。生：師、生之間；生、生之間熱烈地討論交流（老師走到學(xué)生中與學(xué)生交流，對(duì)具體現(xiàn)象老師提出自己的看法，先不下定論。）幾分鐘后學(xué)生發(fā)言列舉出一些實(shí)例。教師與其他學(xué)生共同甄別是不是受迫振動(dòng)。（看書的學(xué)生可以列舉出教材上的實(shí)例）教師挑出或告知幾個(gè)典型的受迫振動(dòng)：電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器振片的振動(dòng)；挑物的小扁擔(dān)的振動(dòng)（當(dāng)場(chǎng)表演或看視頻）；跳水比賽中跳板的振動(dòng)（看視頻）；被幼兒園老師有節(jié)奏推動(dòng)下的秋千的擺動(dòng)（看視頻）；大型噴氣式客機(jī)飛過時(shí)窗戶的振動(dòng)。師：振動(dòng)系統(tǒng)本身有固有頻率，驅(qū)動(dòng)力也是周期性的當(dāng)然也有頻率，那么系統(tǒng)做受迫振動(dòng)時(shí)是以自己的固有頻率振動(dòng)呢還是以驅(qū)動(dòng)力的頻率振動(dòng)或者都不是呢師：憑直覺猜一猜答案是什么生：絕大多數(shù)能猜出不是以固有頻率振動(dòng)，否則老師不會(huì)出這個(gè)問題，而兩種頻率都不是又過于復(fù)雜，只能是以驅(qū)動(dòng)力頻率振動(dòng)。老師幽默地說：“肯定以驅(qū)動(dòng)力頻率振動(dòng)，因?yàn)橄到y(tǒng)做受迫振動(dòng)，既然是被迫的，自己當(dāng)然說了不算，就得聽受迫源的”師：從剛才列舉的幾個(gè)典型的例子中你能不能找到答案師、生之間；生、生之間討論交流剛才的幾個(gè)實(shí)例，幾分鐘后學(xué)生發(fā)言闡述答案與理由，老師與其他同學(xué)給予點(diǎn)評(píng)。最后選出三個(gè)最典型的實(shí)例：一是電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，當(dāng)電源頻率是50H時(shí)，振片就以50H的頻率振動(dòng)；當(dāng)電源頻率是60H時(shí)，振片肯定以60H的頻率振動(dòng)。二是挑物的小扁擔(dān)的振動(dòng)頻率與人上下振動(dòng)的頻率相同。三是被幼兒園老師有節(jié)奏推動(dòng)下的秋千的擺動(dòng)頻率等于老師推力的頻率。師：從直覺上，從看到的現(xiàn)象上來看，系統(tǒng)做受迫振動(dòng)時(shí)是以驅(qū)動(dòng)力頻率振動(dòng)，下面我們專門做實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證一下我們得出的結(jié)論。學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)：自制實(shí)驗(yàn)器材，合作探討學(xué)生：演示師：播放學(xué)生演示視頻得出結(jié)論：板書3．在穩(wěn)定時(shí)受迫振動(dòng)的頻率總等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，與系統(tǒng)的固有頻率無關(guān)。師：受迫振動(dòng)的振幅是否也只與外力的大小有關(guān),而與振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率無關(guān)呢學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)：自制實(shí)驗(yàn)器材，合作探討學(xué)生：演示師：播放學(xué)生演示視頻得出結(jié)論：受迫振動(dòng)的頻率總等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，與系統(tǒng)的固有頻率無關(guān)。驅(qū)動(dòng)力的頻率f驅(qū)接近或等于物體的固有頻率時(shí)，受迫振動(dòng)的振幅最大；驅(qū)動(dòng)力的頻率f驅(qū)跟固有頻率f固相差越大，受迫振動(dòng)的振幅越小。師：僅憑一個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)艽_定這個(gè)結(jié)論嗎其它受迫振動(dòng)也是這樣嗎師：咱們看同學(xué)帶來的另一個(gè)實(shí)驗(yàn)一學(xué)生做演示實(shí)驗(yàn)：圖11．5-3，先讓學(xué)生明白C擺提供驅(qū)動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)力頻率等于由C擺擺長(zhǎng)決定的頻率；其余各擺都做受迫振動(dòng)，振動(dòng)頻率都等于驅(qū)動(dòng)力頻率，即都等于C擺的頻率；同時(shí)其余各擺都具有由自己擺長(zhǎng)決定的固有頻率，其中A擺的固有頻率等于驅(qū)動(dòng)力頻率，B擺的固有頻率大于驅(qū)動(dòng)力頻率，D擺的固有頻率大于驅(qū)動(dòng)力頻率,E擺的固有頻率都小于驅(qū)動(dòng)力頻率。但D擺的固有頻率更接近于驅(qū)動(dòng)力頻率。讓學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)（可以多做幾次實(shí)驗(yàn)），說出看到的現(xiàn)象，總結(jié)出規(guī)律或結(jié)論，老師組織同學(xué)們互相評(píng)價(jià)。師總結(jié)出實(shí)驗(yàn)結(jié)論：做受迫振動(dòng)的系統(tǒng)，當(dāng)固有頻率等于驅(qū)動(dòng)力頻率時(shí)，振幅最大；當(dāng)固有頻率不等于驅(qū)動(dòng)力頻率時(shí)，二者越接近，振幅越大。師：再看老師給同學(xué)們帶來的實(shí)驗(yàn)教師演示電動(dòng)偏心輪對(duì)彈簧施加周期性外力引起的共振師：剛才的實(shí)驗(yàn)中由于B擺的固有頻率等于驅(qū)動(dòng)力頻率，導(dǎo)致B擺振幅最大的現(xiàn)象在物理學(xué)上叫共振。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：（與學(xué)生一起總結(jié)）1受迫振動(dòng)的頻率總等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，與系統(tǒng)的固有頻率無關(guān)。驅(qū)接近或等于物體的固有頻率時(shí)，受迫振動(dòng)的振幅最大；驅(qū)動(dòng)力的頻率f驅(qū)跟固有頻率f固相差越大，受迫振動(dòng)的振幅越小。3共振現(xiàn)象是受迫振動(dòng)的一種特殊情況板書三、共振1．驅(qū)動(dòng)力頻率等于系統(tǒng)的固有頻率時(shí)，受迫振動(dòng)的系統(tǒng)振幅最大的現(xiàn)象叫共振。2．當(dāng)固有頻率不等于驅(qū)動(dòng)力頻率時(shí)，二者越接近，振幅越大。3．共振曲線，圖11．5-4（讓學(xué)生說出橫、縱軸的物理意義，f0的物理意義，教師提醒學(xué)生除峰值外，其他某一振幅都對(duì)應(yīng)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)力頻率。）4．共振與受迫振動(dòng)的關(guān)系：共振是受迫振動(dòng)的一個(gè)特殊狀態(tài)。課堂練習(xí)：【典例2】如圖11－5－2所示，曲軸上懸掛一彈簧振子，轉(zhuǎn)動(dòng)搖把，曲軸可以帶動(dòng)彈簧振子上下振動(dòng)．開始時(shí)不轉(zhuǎn)動(dòng)搖把，而讓振子自由上下振動(dòng)，測(cè)得其頻率為2H，然后勻速轉(zhuǎn)動(dòng)搖把，轉(zhuǎn)速為240r/min，當(dāng)振子振動(dòng)穩(wěn)定時(shí)，它們振動(dòng)周期為．A．．C．2sD．4s答案：B【典例3】如圖所示演示裝置，一根張緊的水平繩上掛著四個(gè)單擺，讓b擺擺動(dòng)，其余各擺也擺動(dòng)起來，可以發(fā)現(xiàn)（）擺相同擺擺動(dòng)周期最短擺擺動(dòng)周期最長(zhǎng)擺振幅最大答案：A【典例4】洗衣機(jī)在把衣服脫水完畢撥掉電源后，電動(dòng)機(jī)還要轉(zhuǎn)動(dòng)一會(huì)兒才能停下來．在撥掉電源后，發(fā)現(xiàn)洗衣機(jī)先振動(dòng)得比較小，然后有一陣子振動(dòng)得很劇烈，再慢慢振動(dòng)又減小直至停下來．A劇烈振動(dòng)時(shí),洗衣機(jī)脫水缸的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率比洗衣機(jī)的固有頻率大還是小B正常脫水時(shí)，洗衣機(jī)脫水缸的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率比洗衣機(jī)的固有頻率小還是大答案：相等F轉(zhuǎn)>f固

師：就象受迫振動(dòng)一樣，共振現(xiàn)象也廣泛存在于生產(chǎn)、生活當(dāng)中。板書四、生活中的共振現(xiàn)象師：美國有一農(nóng)場(chǎng)農(nóng)婦，習(xí)慣于用吹笛的方式招呼丈夫回家吃飯，可當(dāng)她有一次吹笛時(shí)，居然發(fā)現(xiàn)樹上的毛毛蟲紛紛墜地而死，驚訝之余，她到自己的果園吹了幾個(gè)小時(shí)，一下子將果樹上的毛毛蟲收拾的一干二凈。究其原因，還是笛子發(fā)出的聲音引起毛毛蟲內(nèi)臟發(fā)生劇烈共振而死亡。師：是什么原因，引起毛毛蟲死亡的呢生：笛子發(fā)出的聲音引起毛毛蟲內(nèi)臟發(fā)生劇烈共振而死亡。師：對(duì)！是笛子發(fā)出的聲音引起毛毛蟲內(nèi)臟發(fā)生劇烈共振而死亡。師：聲音的共振有時(shí)破壞力是非常大的（播放聲音使杯子共振破碎的視頻）師：像開頭給大家講的小故事，你現(xiàn)在能知道和尚的磬為什么會(huì)響“大樂令”曹紹夔是怎樣驅(qū)鬼的嗎生：（學(xué)生可能回答）寺廟晚上的鐘聲引起了磬的共振，改變磬的頻率就可以了師：那為什么磬在別的地方時(shí)不響呢（教師播放演示音叉的共振）師：聲音的共振除了與頻率有關(guān)系外還受到距離的影響師：生活中的共振現(xiàn)象還有很多（播放1940年，美國的全長(zhǎng)860米的塔柯姆大橋在建成后的4個(gè)月就因風(fēng)共振而倒塌視頻）師：共振現(xiàn)象有的有利，有的有害，有利就利用，有害的就防止它的發(fā)生板書五、共振的防止和利用師生：1、防止：使驅(qū)動(dòng)力的頻率與物體的固有頻率不同，而且相差越大越好。2、應(yīng)用：使驅(qū)動(dòng)力的頻率接近或等于振動(dòng)物體的固有頻率?！菊n堂小結(jié)】1阻尼振動(dòng)：振幅越來越小的振動(dòng)2受迫振動(dòng)：物體在外界驅(qū)動(dòng)力作用下的振動(dòng)3物體做受迫振動(dòng)時(shí)，振動(dòng)穩(wěn)定后