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2019版高中物理 11.5 外力作用下的振動(dòng)教學(xué)簡(jiǎn)案 新人教版選修3-4 【學(xué)習(xí)目標(biāo)】 1．知道什么叫做固有頻率，理解固有的含義。 2．知道什么叫做阻尼振動(dòng)，能從能量的角度分析阻尼振動(dòng)產(chǎn)生的原因。 3．知道什么叫做受迫振動(dòng)，理解做受迫振動(dòng)的物體的振動(dòng)頻率跟固有頻率無(wú)關(guān)，等于驅(qū)動(dòng)力的頻率。 4．知道什么叫做共振，理解共振發(fā)生的條件。 5．會(huì)應(yīng)用受迫振動(dòng)和共振的知識(shí)解釋生活中的相關(guān)現(xiàn)象。 【教學(xué)過(guò)程】 1.什么是阻尼振動(dòng)? 實(shí)際的振動(dòng)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(dòng)完全停止，這類振動(dòng)叫阻尼振動(dòng)。 物體之所以做阻尼振動(dòng)，是由于機(jī)械能在損耗，那么如果在機(jī)械能損耗的同時(shí)我們不斷地給它補(bǔ)充能量物體的振動(dòng)情形又如何呢?本節(jié)課我們來(lái)研究有關(guān)的問(wèn)題. 2．受迫振動(dòng) (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(dòng)情況. ②學(xué)生答：振子做的是阻尼振動(dòng). ③請(qǐng)一位同學(xué)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)把手，觀察振動(dòng)物體的振動(dòng)情形和剛才有什么不同? 學(xué)生答：剛才振子振動(dòng)一會(huì)就停下來(lái)，而現(xiàn)在振子能夠持續(xù)地振動(dòng)下去. 教師問(wèn)：使振子能夠持續(xù)振動(dòng)下去的原因是什么? 學(xué)生答：是把手給了振動(dòng)系統(tǒng)一個(gè)周期性的力的作用. (2)通過(guò)上述演示分析： ①作用于振動(dòng)系統(tǒng)，使系統(tǒng)能持續(xù)地振動(dòng)下去的外力叫驅(qū)動(dòng)力. ②物體在外界驅(qū)動(dòng)力作用下所做的振動(dòng)叫受迫振動(dòng). (3)教師問(wèn)：如果我們給系統(tǒng)施加一作用時(shí)間很短的驅(qū)動(dòng)力，系統(tǒng)能持續(xù)地振動(dòng)下去嗎? 學(xué)生討論后得到： 要想使物體能持續(xù)地振動(dòng)下去，必須給振動(dòng)系統(tǒng)施加一個(gè)周期性的驅(qū)動(dòng)力作用. (4)同學(xué)們想一想：有哪些物體做的是受迫振動(dòng)? 學(xué)生答：發(fā)動(dòng)機(jī)正在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)汽車本身的振動(dòng)；正在發(fā)聲的揚(yáng)聲器紙盒的振動(dòng)；飛機(jī)從房屋上飛過(guò)時(shí)窗玻璃的振動(dòng)；我們聲器紙盒的振動(dòng)；飛機(jī)從房屋上飛過(guò)時(shí)窗玻璃的振動(dòng)；我們聽到聲音時(shí)耳膜的振動(dòng)等. (5)受迫振動(dòng)的實(shí)例 ①電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的振針；②工作時(shí)縫紉機(jī)的振針； ③揚(yáng)聲器的紙盒；④跳水比賽時(shí)，人在跳板上走過(guò)時(shí)，跳板的振動(dòng)；⑤機(jī)器底座在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生的振動(dòng). (6)通過(guò)剛才的學(xué)習(xí)，我們知道物體在周期性的驅(qū)動(dòng)力作用下所做的振動(dòng)叫受迫振動(dòng)；那么周期性作用的驅(qū)動(dòng)力的頻率、受迫振動(dòng)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(dòng)把手，觀察振子的振動(dòng)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(shí)，振子振動(dòng)較慢； 當(dāng)把手轉(zhuǎn)速大時(shí)，振子振動(dòng)較快. ③定性總結(jié)：物體做受迫振動(dòng)時(shí)，振子振動(dòng)的快慢隨驅(qū)動(dòng)力變化的快慢而變化. (7)教師：經(jīng)過(guò)定量實(shí)驗(yàn)證明 ①物體做受迫振動(dòng)時(shí)，振動(dòng)穩(wěn)定后的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率. ②受迫振動(dòng)的頻率跟物體的固有頻率沒有關(guān)系. 3.共振 過(guò)渡引言：受迫振動(dòng)的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，與物體的固有頻率無(wú)關(guān)，但是如果驅(qū)動(dòng)力的頻率接近或等于物體的固有頻率時(shí)又會(huì)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(gè)擺，其中A、B、C的擺長(zhǎng)相等. ②演示：先讓A擺擺動(dòng)，觀察在擺動(dòng)穩(wěn)定后的現(xiàn)象.③學(xué)生描述看到的現(xiàn)象. A擺動(dòng)起來(lái)后，B、C、D、E也隨之?dāng)[動(dòng)，但是它們擺動(dòng)的振幅不同，A、B、C擺動(dòng)的振幅差不多，而D擺動(dòng)的振幅最小. (2)出示分析思考題 a:A、B、C擺長(zhǎng)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(dòng)?若是受迫振動(dòng)，驅(qū)動(dòng)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(dòng)，它們的驅(qū)動(dòng)力都是由先擺起來(lái)的A擺提供的. ③據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象得到：驅(qū)動(dòng)力的頻率f ′等于振動(dòng)物體的固有頻率f ′時(shí)，振幅最大，驅(qū)動(dòng)力的頻率跟固有頻率f ′相差越大，振幅越小. (4)通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)，我們得到：受迫振動(dòng)的振幅A與驅(qū)動(dòng)力的f及振動(dòng)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(lái)表示：這個(gè)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(dòng)的振幅. 橫軸：表示驅(qū)動(dòng)力的頻率. b:據(jù)圖象特點(diǎn)，學(xué)生敘述受迫振動(dòng)的振幅、驅(qū)動(dòng)力的頻率、物體的固有頻率之間的關(guān)系. 當(dāng)驅(qū)動(dòng)力頻率等于物體固有頻率時(shí)，物體振幅最大，驅(qū)動(dòng)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(dòng)力的頻率接近物體的固有頻率時(shí)，受迫振動(dòng)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(gè)頻率相同的帶有共鳴箱的音叉，放在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上. ②先用小槌打擊音叉A的叉股，使它發(fā)聲，過(guò)一會(huì)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(gè)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(shí)發(fā)生振動(dòng)，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(dòng)力. ①第一次實(shí)驗(yàn)時(shí)，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(shí)，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(shí)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). 4.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(guò)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(shí)使用的共振篩. ②防止的實(shí)例： a:軍隊(duì)或火車過(guò)橋時(shí)要放慢速度或便步走. b:輪船航行時(shí)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(shí)為了防止共振要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速. (4)學(xué)生通過(guò)上述實(shí)例分析，回答： ①利用共振時(shí)，應(yīng)如何去做?——(利用共振時(shí)，應(yīng)使驅(qū)動(dòng)力的頻率接近或等于物體的固有頻率) ②防止共振時(shí)，應(yīng)如何做?——(在需要防止共振時(shí)，應(yīng)使驅(qū)動(dòng)力的頻率與振動(dòng)物體的固有頻率不同，而且相差越大越好.) 中要防止共振? 【典型范例】 1．把一個(gè)篩子用四根彈簧支起來(lái)，篩子上裝一個(gè)電動(dòng)偏心輪，它每轉(zhuǎn)一周給篩子一個(gè)驅(qū)動(dòng)力，這就成了一個(gè)共振篩，篩子做自由振動(dòng)時(shí)，每次全振動(dòng)用時(shí)2s，在某電壓下電動(dòng)偏心輪轉(zhuǎn)速是36 r/min。已知如果增大電壓可以使偏心輪轉(zhuǎn)速提高；增加篩子質(zhì)量，可以增大篩子的固有周期，那么，要使篩子的振幅增大，下列做法正確的是【 BD 】 A．提高輸入電壓 B．降低輸入電壓 C．增加篩子的質(zhì)量 D．減小篩子的質(zhì)量 0.25 0.50 0.75 8 4 o A/cm f/HZ 2．教材21頁(yè)問(wèn)題與練習(xí)第三題 3．如圖所示為單擺的共振曲線，求： （2）發(fā)生共振時(shí)單擺的振幅；0.08m （3）共振時(shí)單擺的最大速度和最大切向加速度。 0.25m/s 0.8 m/s2 【課堂例題】 A B O t/s x t 1．如圖所示是一個(gè)做阻尼振動(dòng)物體的振動(dòng)圖象，A、B兩點(diǎn)所在直線與橫軸平行。下列說(shuō)法正確的是【 BD 】 A．物體A時(shí)刻的動(dòng)能等于B時(shí)刻的動(dòng)能 B．物體A時(shí)刻的勢(shì)能等于B時(shí)刻的勢(shì)能 C．物體A時(shí)刻的機(jī)械能等于B時(shí)刻的機(jī)械能 D．物體A時(shí)刻的機(jī)械能大于B時(shí)刻的機(jī)械能 2．如圖所示，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，而手往下拉振子，放手后使之上下振動(dòng)，測(cè)得振子在10s內(nèi)完成20次全振動(dòng)，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)，它的振動(dòng)周期為【 B 】 A．0.5s B．0.25s C．2 s D．4 s