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.doc

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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 目標 1.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。 2.知道什么是共振以及發(fā)生共振的條件。 3.知道共振的應用和防止的實例。 重點 難點 重點：1.什么是受迫振動. 2.什么是共振及產生共振的條件 難點：1.物體發(fā)生共振決定于驅動力的頻率與物體固有頻率的關系，與驅動力大小無關. 2.當f驅＝ｆ固時，物體做受迫振動的振幅最大。 教學 過程 主 要 內 容 （教師填教法或點撥的方法, 學生填知識要點或反思） 一、 二、 三、 四、 五、 六、 七、 【預習導引】 1.什么是阻尼振動? 學生答： 實際的振動系統(tǒng)不可避免地要受到摩擦阻力和其他因素的影響，系統(tǒng)的機械能損耗，導致振動完全停止，這類振動叫阻尼振動。 2.引入：同學們，我們知道，物體之所以做阻尼振動，是由于機械能在損耗，那么如果在機械能損耗的同時我們不斷地給它補充能量物體的振動情形又如何呢?本節(jié)課我們來研究有關的問題. 【建構新知】 1.受迫振動 (1)演示，用右圖所示的實驗裝置 ①向下拉一下振子，觀察它的振動情況. ②學生答：振子做的是阻尼振動. ③請一位同學勻速轉動把手，觀察振動物體的振動情形和剛才有什么不同? 學生答：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動力. ②物體在外界驅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動力，系統(tǒng)能持續(xù)地振動下去嗎? 學生討論后得到： 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動力作用. (4)同學們想一想：有哪些物體做的是受迫振動? 學生答：發(fā)動機正在運轉時汽車本身的振動；正在發(fā)聲的揚聲器紙盒的振動；飛機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)受迫振動的實例 ①電磁打點計時器的振針；②工作時縫紉機的振針； ③揚聲器的紙盒；④跳水比賽時，人在跳板上走過時，跳板的振動；⑤機器底座在機器運轉時發(fā)生的振動. (6)通過剛才的學習，我們知道物體在周期性的驅動力作用下所做的振動叫受迫振動；那么周期性作用的驅動力的頻率、受迫振動的頻率、系統(tǒng)的固有頻率之間有什么關系呢? ①還以上圖中的裝置進行如下演示： 用不同的轉速分別勻速地轉動把手，觀察振子的振動快慢情況. ②學生敘述觀察到的現(xiàn)象： 當把手轉速小時，振子振動較慢； 當把手轉速大時，振子振動較快. ③定性總結：物體做受迫振動時，振子振動的快慢隨驅動力變化的快慢而變化. (7)教師：經過定量實驗證明 ①物體做受迫振動時，振動穩(wěn)定后的頻率等于驅動力的頻率. ②受迫振動的頻率跟物體的固有頻率沒有關系. 2.共振 過渡引言：受迫振動的頻率等于驅動力的頻率，與物體的固有頻率無關，但是如果驅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)演示實驗(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學生描述看到的現(xiàn)象. A擺動起來后，B、C、D、E也隨之擺動，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，驅動力由什么提供? c:據(jù)觀察到的現(xiàn)象可得到什么結論? (3)學生討論后回答 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，它們的驅動力都是由先擺起來的A擺提供的. ③據(jù)實驗現(xiàn)象得到：驅動力的頻率f ′等于振動物體的固有頻率f ′時，振幅最大，驅動力的頻率跟固有頻率f ′相差越大，振幅越小. (4)通過上述實驗，我們得到：受迫振動的振幅A與驅動力的f及振動物體的固有頻率之間的關系有關，它們之間的這種關系可用圖象來表示：這個圖象叫共振曲線. ①用多媒體出示共振曲線 a:學生敘述坐標軸代表的物理量. 縱軸：表示受迫振動的振幅. 橫軸：表示驅動力的頻率. b:據(jù)圖象特點，學生敘述受迫振動的振幅、驅動力的頻率、物體的固有頻率之間的關系. 當驅動力頻率等于物體固有頻率時，物體振幅最大，驅動力頻率與固有頻率相差越大，物體的振幅越小. ②結論：驅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介紹實驗用具：兩個頻率相同的帶有共鳴箱的音叉，放在實驗臺上. 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，學生描述產生的現(xiàn)象. 可以聽到沒被敲響的音叉發(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，學生描述產生的現(xiàn)象. 聽不到音叉B發(fā)出的聲音了. (6)學生閱讀課文，得到產生上述現(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以周期性的驅動力. ①第一次實驗時，A、B的固有頻率相同，符合產生共振的條件，于是B的振幅最大，就可以聽到B發(fā)出的聲音. ②第二次實驗時，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不能產生共振，發(fā)出的聲音很小，甚至聽不到. (7)學生回答 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. 3.共振的應用和防止 (1)學生閱讀課文，總結共振的應用和防止的實例. (2)學生回答： 應用的實例：共振篩、音箱. 防止的實例：火車過橋慢開，控制機器的轉速等. (3)實例： ①應用的實例： a:小提琴、二胡等樂器設置共鳴箱. b:建筑工地上澆鑄混凝土時使用的振搗器. c:粒料分離時使用的共振篩. ②防止的實例： a:軍隊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:機器運轉時為了防止共振要調節(jié)轉速. (4)學生通過上述實例分析，回答： ①利用共振時，應如何去做?——(利用共振時，應使驅動力的頻率接近或等于物體的固有頻率) ②防止共振時，應如何做?——(在需要防止共振時，應使驅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。 【課堂訓練】 課本問題與練習P12 【回顧小結】 1.物體在外界驅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動力的頻率； 2.共振是受迫振動的特殊情況，共振是當驅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.共振在實際中的應用，往往是利用共振振幅大的特點，但有時也要防止發(fā)生共振，避免產生有害后果. 八、教學反思 九、課后作業(yè): 課本中本節(jié)課后練習1、2