人教版(新教材)高中物理選擇性必修1教學設計3：2 6 受迫振動 共振教案

人教版（新教材）高中物理選擇性必修第一冊PAGEPAGE12.6受迫振動共振〖教學目標〗一、知識與技能1．知道什么是阻尼振動，阻尼振動的圖像的特點。2．知道什么是受迫振動，知道受迫振動的頻率等于驅動力的頻率。3．知道什么是共振以及發(fā)生共振的條件。能夠解釋共振的應用和防止的實例。二、過程與方法1．設置問題啟發(fā)學生的思考，讓學生掌握解決問題的思維方法。2．探究和驗證過程中掌握觀察、總結、用數學處理物理問題的方法。3．經歷科學規(guī)律探究的過程、認識探究的意義、嘗試探究的方法、培養(yǎng)探究的能力。三、情感態(tài)度與價值觀1．通過受迫振動的實驗，培養(yǎng)學生的科學探究的興趣。2．通過探究實驗培養(yǎng)合作精神和積極參與的意識。3．體會自然現象背后的奇妙規(guī)律，培養(yǎng)求知欲極學以致用的精神?！冀虒W重點〗受迫振動時其頻率跟驅動力頻率的關系，共振?！冀虒W難點〗受迫振動時其頻率跟驅動力頻率的關系?！冀虒W過程〗一、新課導入教師引導學生通過觀看“塔科馬大橋垮塌”和歌手唱歌震碎玻璃杯視頻，引起學生探究現象背后的秘密的欲望。秘密需要我們用所學的知識來揭開，我們已經學過簡諧振動的兩種模型。二、新課教學做簡諧運動的物體受到的回復力，是振動系統(tǒng)內部的相互作用力。如果振動系統(tǒng)不受外力的作用，此時的振動叫做固有振動，其振動頻率稱為固有頻率。我們知道系統(tǒng)的固有頻率由系統(tǒng)本身的特征決定，與振幅的大小無關。簡諧振動是理想化的運動，不考慮阻力，機械能守恒。但實際上所有的振動都會受到阻力，我們蕩秋千時會發(fā)生什么現象？演示實驗：水平彈簧振子做振幅逐漸減小的振動。師：這種由于能量的損失導致的振幅逐漸減小的振動叫阻尼振動。（一）阻尼振動1．振幅隨時間逐漸減小的振動叫阻尼振動。同學們能不能參照用砂擺作簡諧振動圖像的實驗，畫出阻尼振動的振動圖像？2．阻尼振動的x-t圖像我們用傳感器做出彈簧振子的阻尼振動圖像，請與自己的圖像比較并總結圖像特點：根據圖像我們可以看出阻尼振動的特點是什么？阻尼振動特點：①振幅減小，表示機械能減??；②最終會停止振動。（二）受迫振動想一想：我們怎樣才能讓阻尼振動能夠持續(xù)的振動下去呢？比如蕩秋千？觀看演示并總結出：1．驅動力：作用于質點的周期性的外力。2．受迫振動：物體在驅動力作用下的振動。機器運轉時底座發(fā)生的振動、揚聲器紙盆的振動，都是受迫振動。師：請你再列舉出幾個受迫振動的實例。師、生之間，生、生之間熱烈地討論交流（老師走到學生中與學生交流，對具體現象老師提出自己的看法，先不下定論。）幾分鐘后學生發(fā)言列舉出一些實例。教師與其他學生共同甄別是不是受迫振動。（看書的學生可以列舉出教材上的實例）教師挑出或告知幾個典型的受迫振動：電磁打點計時器振片的振動；挑物的小扁擔的振動（當場表演）；跳水比賽中跳板的振動；被幼兒園老師有節(jié)奏推動下的秋千的擺動；大型噴氣式客機飛過時窗戶的振動。師：振動系統(tǒng)本身有固有頻率，驅動力也是周期性的當然也有頻率，那么系統(tǒng)做受迫振動時是以自己的固有頻率振動呢？還是以驅動力的頻率振動？或者都不是呢？師：憑直覺猜一猜〖答案〗是什么？生：絕大多數能猜出不是以固有頻率振動，否則老師不會出這個問題，而兩種頻率都不是又過于復雜，只能是以驅動力頻率振動。老師幽默地說：“肯定以驅動力頻率振動，因為系統(tǒng)做受迫振動，既然是被迫的，自己當然說了不算，就得聽受迫源的”。師：從剛才列舉的幾個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實例，幾分鐘后學生發(fā)言闡述〖答案〗與理由，老師與其他同學給予點評。最后選出三個最典型的實例：一是電磁打點計時器，當電源頻率是50Hz時，振片就以50Hz的頻率振動；當電源頻率是60Hz時，振片肯定以60Hz的頻率振動。二是挑物的小扁擔的振動頻率與人上下振動的頻率相同。三是被幼兒園老師有節(jié)奏推動下的秋千的擺動頻率等于老師推力的頻率。師：從直覺上，從看到的現象上來看，系統(tǒng)做受迫振動時是以驅動力頻率振動，下面我們專門做實驗驗證一下我們得出的結論。演示實驗：先不通入電流使振子自由振動，感性認識固有頻率大??；再按教材要求做實驗。3．實驗：研究受迫振動的頻率架子上面的電動機向下面的兩組彈簧——鉤碼系統(tǒng)施加周期性的驅動力，使鉤碼做受迫振動。改變電動機的轉速可以調整驅動力的頻率。接通電源，使鉤碼做受迫振動，記錄驅動力的頻率和鉤碼振動的頻率。改變驅動力的頻率，再做記錄。鉤碼做受迫振動的頻率與驅動力的頻率有什么關系？大量的實驗都證實：物體做受迫振動達到穩(wěn)定后，物體振動的頻率等于驅動力的頻率，與物體的固有頻率無關。（三）共振現象及其應用1．共振演示實驗：鐵架橫梁上掛著幾個擺長不同的擺。其中，A與D、G的擺長相同，D的擺球質量大于其他擺球。使D擺偏離平衡位置后釋放，D擺在振動中通過橫梁對其他幾個擺施加周期性的驅動力。在振動穩(wěn)定后比較各球的振幅。讓學生觀察實驗（可以多做幾次實驗），說出看到的現象，總結出規(guī)律或結論，老師組織同學們互相評價。通過觀察會發(fā)現，固有頻率與D擺相同的A擺、G擺振幅最大，固有頻率與D擺相差較多的C擺、E擺振幅最小。這說明物體在做受迫振動時，驅動力的頻率與物體的固有頻率相差越小，受迫振動的振幅越大；當驅動力的頻率與物體的固有頻率相等時，受迫振動的振幅達到最大。圖反映了受迫振動振幅A與驅動力頻率f之間的關系。圖中f0等于物體的固有頻率，可以看出，當驅動力的頻率等于固有頻率時，物體做受迫振動的振幅達到最大值，這種現象稱為共振。2．共振現象的應用與防止共振是十分普遍的現象，在工程技術的許多領域都可以觀察到它，都要應用到它。把一些不同長度的鋼片安裝在同一個支架上，可以制作轉速計。把這樣的轉速計與開動著的機器緊密接觸，機器的振動引起轉速計的輕微振動，這時固有頻率與機器轉速一致的那個鋼片發(fā)生共振，振幅最大。讀出這個鋼片的固有頻率，就可以知道機器的轉速。有的情況下需要避免共振。例如，在橋梁、碼頭等各種建筑的設計施工中，以及飛機、汽車、輪船的發(fā)動機等機器設備的設計、制造、安裝中，都必須考慮防止共振產生的危害，以保證建筑和設備的安全。小故事：約二百年前，不可一世的拿破侖率領法