資源簡介

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人教版高中物理選擇性必修1第2章第6節(jié)受迫振動
共振教學設計
課題
受迫振動
單元
2
學科
物理
年級
高二
教材分析
阻尼振動與受迫振動是外力作用下的振動，為了與之區(qū)別，本節(jié)首先閘述振動系統(tǒng)沒有受到外力作用時的固有振動，此時的頻率稱為固有頻率。然后從振動圖像和能量的角度分析阻尼振動，再介紹受迫振動，以及共振現(xiàn)象和共振曲線。教材將阻尼振動、受迫振動、共振三個概念放在一起，目的在于使學生能夠很好地通過比較來認識這幾種振動。阻尼振動、受迫振動都屬于外力作用下的振動。阻尼振動的外力是阻力，做功將消耗系統(tǒng)的機械能。受迫振動的外力既有阻力，又有驅(qū)動力，驅(qū)動力做的正功將補償阻力做的負功，振動能夠穩(wěn)定存在。共振是受迫振動的一種特殊情況，
此時驅(qū)動力頻率等于固有頻率，驅(qū)動力做正功，且明顯大于阻力做的負功，系統(tǒng)機械能在不斷增大，導致振幅也明顯增大，達到共振。從外力做功和能量轉(zhuǎn)化角度來分析這幾種振動是學習本節(jié)的基本思路。認識固有頻率、驅(qū)動力頻率與振動頻率之間的區(qū)別和聯(lián)系是認識受迫振動特點的關鍵，也是認識共振現(xiàn)象的前提。對阻尼振動和受迫振動的認識進一步豐富了學生的運動與相互作用觀。本節(jié)的難點是認識固有頻率、驅(qū)動力頻率與振動頻率之間的區(qū)別和聯(lián)系，以及認識生活中相關現(xiàn)象的振動特點，重點是了解發(fā)生共振現(xiàn)象的條件及用相關知識解釋實例。
教學目標與核心素養(yǎng)
1、知道什么是阻尼振動和受迫振動，會用能量觀點分析阻尼振動的振幅變化和受迫振動的共振現(xiàn)象。2、通過實驗認識固有頻率、驅(qū)動力頻率與振動頻率之間的區(qū)別和聯(lián)系，了解產(chǎn)生共振的條件，認識共振是受迫振動的種特殊情況。3、能夠根據(jù)實際生活中的振動特點，應用振動的規(guī)律解釋與解決相關問題。物理觀念：知道什么是阻尼振動，什么叫驅(qū)動力，什么叫受迫振動。科學思維：能舉出受迫振動的實例，知道受迫振動的頻率由驅(qū)動力的頻率決定。科學探究：知道什么是共振以及發(fā)生共振的條件。科學態(tài)度與價值觀：在問題分析探究的過程中，培養(yǎng)學生獨立思考的能力，養(yǎng)成能量守恒的物理思想。
重點
知道什么是共振以及發(fā)生共振的條件。
難點
知道什么是共振以及發(fā)生共振的條件。
教學過程
教學環(huán)節(jié)
教師活動
學生活動
設計意圖
導入新課
“洗”是古代盥洗用的臉盆，多用青銅鑄成，現(xiàn)代亦有許多仿制的工藝品。倒些清水在其中，用手掌慢慢摩擦盆耳，盆就會發(fā)出嗡嗡聲，到一定節(jié)奏時還會濺起層層水花。這是為什么?
觀看“洗”的相關視頻。
通過明顯的演示實驗現(xiàn)象，吸引學生的注意力，已發(fā)學生思考，引出新課。
講授新課
一、固有周期和固有頻率物體的振動周期與頻率由振動物體本身性質(zhì)決定的，與振幅無關。如：彈簧振子:
單擺：固有振動：振動系統(tǒng)不受外力作用的振動固有周期：固有振動的周期T0固有頻率：固有振動的頻率f0二、阻尼振動1、演示2、阻尼振動：振幅逐漸減小的振動3、阻尼振動的圖像：4、振動系統(tǒng)受到的阻尼越大，振幅減小得越快，阻尼過大時，系統(tǒng)將不能發(fā)生振動。5、實際的自由振動一定是阻尼振動
(?阻尼振動的位移時間圖像.swf?)三、受迫振動用什么方法才能得到持續(xù)的振動呢？1、驅(qū)動力：
作用在振動系統(tǒng)上的周期性外力2、受迫振動：
系統(tǒng)在驅(qū)動力作用下的振動3、受迫振動的特點：
受迫振動的頻率總等于驅(qū)動力的頻率，與系統(tǒng)的固有頻率無關。四、共
振（演示）當驅(qū)動力的頻率與系統(tǒng)的固有頻率接近時會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？1、共振曲線2、共振驅(qū)動力的頻率等于系統(tǒng)的固有頻率時，受迫振動的振幅最大，這種現(xiàn)象叫做共振。
驅(qū)動力的頻率與系統(tǒng)的固有頻率相差越少，振幅越大，相差越多，振幅越小。五、共振的防止和應用共振現(xiàn)象在生活中有哪些應用？1、防止：（演示）使驅(qū)動力的頻率與物體的固有頻率不同，而且相差越大越好。2、應用：（演示）使驅(qū)動力的頻率接近或等于振動物體的固有頻率。課堂練習1、(多選)下列關于共振和防止共振的說法,正確的是
(　　)A.共振現(xiàn)象總是有害的,所以要避免共振現(xiàn)象發(fā)生B.隊伍過橋要慢行是為了不產(chǎn)生周期性的驅(qū)動力,從而避免產(chǎn)生共振C.火車過橋慢行是為了使驅(qū)動力的頻率遠小于橋的固有頻率,從而避免產(chǎn)生共振D.利用共振時,應使驅(qū)動力的頻率接近或等于振動物體的固有頻率;防止共振危害時,應使驅(qū)動力的頻率遠離振動物體的固有頻率答案：CD小組討論：對比簡諧運動、阻尼振動、受迫振動課堂練習2、(多選)單擺做阻尼振動的振動圖像如圖所示,下列說法正確的是
(　　)A.擺球在A時刻的動能等于B時刻的動能B.擺球在A時刻的勢能等于B時刻的勢能C.擺球在A時刻的機械能等于B時刻的機械能D.擺球在A時刻的機械能大于B時刻的機械能解析:在單擺振動過程中,因不斷克服空氣阻力做功使機械能逐漸轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,故選項C錯誤,選項D正確;雖然單擺總的機械能在逐漸減小,但在振動過程中動能和重力勢能仍在不斷地相互轉(zhuǎn)化,由于A、B兩時刻,單擺的位移相等,所以重力勢能相等,但動能不相等,故選項A錯誤,選項B正確。答案：BD
閱讀課本，找出“固有周期”和“固有頻率”的概念。閱讀課本，知道什么叫做阻尼振動。觀察演示實驗后，嘗試畫出阻尼振動的圖像。觀察受迫振動現(xiàn)象，總結其特點。通過實驗現(xiàn)象，總結共振的特點。了解工作在日常生活中的應用和防止。小組討論，完成表格。
讓學生自主學習，培養(yǎng)學生總結歸納能力。通過閱讀課本和演示實驗，讓學生更直觀的感受到什么是阻尼振動。通過實驗觀察，讓學生通過現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)規(guī)律，總結規(guī)律。總結規(guī)律，找出特點。通過小組討論，完成表格，加深對基礎知識的理解和應用。
拓展提高
1、(多選)單擺在空氣中做阻尼振動,下列說法正確的是
(　　)A.振動的機械能逐漸轉(zhuǎn)化為其他形式的能量B.后一時刻擺球的動能一定比前一時刻小C.后一時刻擺球的勢能一定比前一時刻小D.后一時刻擺球的機械能一定比前一時刻小解析:由于單擺在空氣中做阻尼振動,克服空氣、摩擦阻力做功,使機械能不斷減少而轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。后一時刻的動能和勢能不一定比前一時刻小,但后一時刻擺球的機械能一定比前一時刻小。答案：AD2、(多選)下列說法正確的是(
　　
)A.實際的自由振動一定是阻尼振動B.在外力作用下的振動是受迫振動C.阻尼振動的振幅越來越小D.受迫振動穩(wěn)定后的頻率與振動系統(tǒng)自身物理條件無關解析:實際的自由振動,必須不斷克服外界阻力做功而消耗能量,振幅會逐漸減小,所以必然是阻尼振動,故選項A、C正確;只有在周期性外力(驅(qū)動力)作用下的物體所做的振動才是受迫振動,故選項B錯誤;受迫振動穩(wěn)定后的頻率由驅(qū)動力的頻率決定,與自身物理條件無關,故選項D正確。答案：ACD3、在一根張緊的水平繩上懸掛五個擺,其中A、E的擺長為l,B的擺長為0.5l,C的擺長為1.5l,D的擺長為2l。先使A振動起來,其他各擺隨后也振動起來,則在B、C、D、E四個擺中,振幅最大的是(　　)A.B
B.C
C.D
D.E解析:A振動起來以后,B、C、D、E四個擺均做受迫振動,其中E的擺長與A的擺長相等,即固有周期相等,故E擺滿足共振的條件,其振幅最大。答案：D4、(多選)一洗衣機脫水桶在正常工作時非常平穩(wěn),當切斷電源后,發(fā)現(xiàn)洗衣機先是振動越來越劇烈,然后振動再逐漸減弱。對這一現(xiàn)象,下列說法正確的是(　　)A.正常工作時,洗衣機脫水桶的運轉(zhuǎn)頻率比洗衣機的固有頻率大B.正常工作時,洗衣機脫水桶的運轉(zhuǎn)頻率比洗衣機的固有頻率小C.正常工作時,洗衣機脫水桶的運轉(zhuǎn)頻率等于洗衣機的固有頻率D.當洗衣機振動最劇烈時,脫水桶的運轉(zhuǎn)頻率恰好等于洗衣機的固有頻率解析:切斷電源后脫水桶的轉(zhuǎn)速越來越小,即脫水桶的運轉(zhuǎn)頻率越來越小。當洗衣機脫水桶正常工作時,非常穩(wěn)定,則正常工作時的頻率大于洗衣機的固有頻率,故選項A正確;當振動最劇烈時,洗衣機發(fā)生了共振,即選項D正確。答案：AD
完成拓展提高練習題。
通過完成練習，鞏固基礎知識。
課堂小結
一、阻尼振動振幅隨時間逐漸減小的振動二、受迫振動系統(tǒng)受到周期性外力作用下的振動三、共振1、共振產(chǎn)生的條件2、共振現(xiàn)象的應用和防止
總結本節(jié)課的基本知識。
幫助學生梳理基礎知識，形成知識框架。
板書
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精品試卷·第
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受迫振動
共振
人教版
選擇性必修1
新知導入
“洗”是古代盥洗用的臉盆，多用青銅鑄成，現(xiàn)代亦有許多仿制的工藝品。倒些清水在其中，用手掌慢慢摩擦盆耳，盆就會發(fā)出嗡嗡聲，到一定節(jié)奏時還會濺起層層水花。這是為什么?
新知講解
一、固有周期和固有頻率
固有周期：固有振動的周期T0
固有振動：
振動系統(tǒng)不受外力作用的振動
物體的振動周期與頻率由振動物體本身性質(zhì)決定的，與振幅無關。
如：彈簧振子:
固有頻率：固有振動的頻率f0
單擺：
新知講解
二、阻尼振動
1、演示
2、阻尼振動：振幅逐漸減小的振動
3、阻尼振動的圖像：
4、振動系統(tǒng)受到的阻尼越大，振幅減小得越快，阻尼過大時，系統(tǒng)將不能發(fā)生振動。
5、實際的自由振動一定是阻尼振動
新知講解
三、受迫振動
1、驅(qū)動力：
作用在振動系統(tǒng)上的周期性外力
2、受迫振動：
系統(tǒng)在驅(qū)動力作用下的振動
3、受迫振動的特點：
受迫振動的頻率總等于驅(qū)動力的頻率，與系統(tǒng)的固有頻率無關。
用什么方法才能得到持續(xù)的振動呢？
新知講解
四、共
振
1、共振曲線
2、共振
驅(qū)動力的頻率等于系統(tǒng)的固有頻率時，受迫振動的振幅最大，這種現(xiàn)象叫做共振。
驅(qū)動力的頻率與系統(tǒng)的固有頻率相差越少，振幅越大，相差越多，振幅越小。
當驅(qū)動力的頻率與系統(tǒng)的固有頻率接近時會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？
新知講解
五、共振的防止和應用
1、防止：
使驅(qū)動力的頻率與物體的固有頻率不同，而且相差越大越好。
2、應用：
使驅(qū)動力的頻率接近或等于振動物體的固有頻率。
共振現(xiàn)象在生活中有哪些應用？
課堂練習
1、(多選)下列關于共振和防止共振的說法,正確的是
(　　)
A.共振現(xiàn)象總是有害的,所以要避免共振現(xiàn)象發(fā)生
B.隊伍過橋要慢行是為了不產(chǎn)生周期性的驅(qū)動力,從而避免產(chǎn)生共振
C.火車過橋慢行是為了使驅(qū)動力的頻率遠小于橋的固有頻率,從而避免產(chǎn)生共振
D.利用共振時,應使驅(qū)動力的頻率接近或等于振動物體的固有頻率;防止共振危害時,應使驅(qū)動力的頻率遠離振動物體的固有頻率
CD
新知講解
　　振動類型比較項目
　　
簡諧運動
阻尼振動
受迫振動
概　述
產(chǎn)生條件
頻　率
振　幅
振動圖像
振動能量
實　例
振動圖像(x-t圖像)是一條正弦曲線
振幅逐漸減小的振動
振動系統(tǒng)在驅(qū)動力作用下的振動
不受阻力作用
受阻力作用
受阻力和驅(qū)動力作用
固有頻率
固有頻率
驅(qū)動力頻率
不變
減小
大小不確定
形狀不確定
振動物體的機械能不變
機械能逐漸減小
驅(qū)動力對振動系統(tǒng)做功,補償系統(tǒng)的能量損耗
彈簧振子振動,單擺做小角度擺動
敲鑼打鼓發(fā)出的聲音越來越弱
揚聲器紙盆振動發(fā)聲、鐘擺的擺動
課堂練習
2、(多選)單擺做阻尼振動的振動圖像如圖所示,下列說法正確的是
(　　)
A.擺球在A時刻的動能等于B時刻的動能
B.擺球在A時刻的勢能等于B時刻的勢能
C.擺球在A時刻的機械能等于B時刻的機械能
D.擺球在A時刻的機械能大于B時刻的機械能
解析:在單擺振動過程中,因不斷克服空氣阻力做功使機械能逐漸轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,故選項C錯誤,選項D正確;雖然單擺總的機械能在逐漸減小,但在振動過程中動能和重力勢能仍在不斷地相互轉(zhuǎn)化,由于A、B兩時刻,單擺的位移相等,所以重力勢能相等,但動能不相等,故選項A錯誤,選項B正確。
BD
拓展提高
1、(多選)單擺在空氣中做阻尼振動,下列說法正確的是
(　　)
A.振動的機械能逐漸轉(zhuǎn)化為其他形式的能量
B.后一時刻擺球的動能一定比前一時刻小
C.后一時刻擺球的勢能一定比前一時刻小
D.后一時刻擺球的機械能一定比前一時刻小
解析:由于單擺在空氣中做阻尼振動,克服空氣、摩擦阻力做功,使機械能不斷減少而轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。后一時刻的動能和勢能不一定比前一時刻小,但后一時刻擺球的機械能一定比前一時刻小。
AD
拓展提高
2、(多選)下列說法正確的是(
　　
)
A.實際的自由振動一定是阻尼振動
B.在外力作用下的振動是受迫振動
C.阻尼振動的振幅越來越小
D.受迫振動穩(wěn)定后的頻率與振動系統(tǒng)自身物理條件無關
解析:實際的自由振動,必須不斷克服外界阻力做功而消耗能量,振幅會逐漸減小,所以必然是阻尼振動,故選項A、C正確;只有在周期性外力(驅(qū)動力)作用下的物體所做的振動才是受迫振動,故選項B錯誤;受迫振動穩(wěn)定后的頻率由驅(qū)動力的頻率決定,與自身物理條件無關,故選項D正確。
ACD
拓展提高
3、在一根張緊的水平繩上懸掛五個擺,其中A、E的擺長為l,B的擺長為0.5l,C的擺長為1.5l,D的擺長為2l。先使A振動起來,其他各擺隨后也振動起來,則在B、C、D、E四個擺中,振幅最大的是(　　)
A.B
B.C
C.D
D.E
解析:A振動起來以后,B、C、D、E四個擺均做受迫振動,其中E的擺長與A的擺長相等,即固有周期相等,故E擺滿足共振的條件,其振幅最大。
D
拓展提高
4、(多選)一洗衣機脫水桶在正常工作時非常平穩(wěn),當切斷電源后,發(fā)現(xiàn)洗衣機先是振動越來越劇烈,然后振動再逐漸減弱。對這一現(xiàn)象,下列說法正確的是(　　)
A.正常工作時,洗衣機脫水桶的運轉(zhuǎn)頻率比洗衣機的固有頻率大
B.正常工作時,洗衣機脫水桶的運轉(zhuǎn)頻率比洗衣機的固有頻率小
C.正常工作時,洗衣機脫水桶的運轉(zhuǎn)頻率等于洗衣機的固有頻率
D.當洗衣機振動最劇烈時,脫水桶的運轉(zhuǎn)頻率恰好等于洗衣機的固有頻率
解析:切斷電源后脫水桶的轉(zhuǎn)速越來越小,即脫水桶的運轉(zhuǎn)頻率越來越小。當洗衣機脫水桶正常工作時,非常穩(wěn)定,則正常工作時的頻率大于洗衣機的固有頻率,故選項A正確;當振動最劇烈時,洗衣機發(fā)生了共振,即選項D正確。
AD
課堂總結
外力作用下的振動
阻尼振動
共振
共振產(chǎn)生的條件
共振現(xiàn)象的應用和防止
受迫振動
振幅隨時間逐漸減小的振動
系統(tǒng)受到周期性外力作用下的振動
板書設計
外力作用下的振動
阻尼振動
共振
共振產(chǎn)生的條件
共振現(xiàn)象的應用和防止
受迫振動
振幅隨時間逐漸減小的振動
系統(tǒng)受到周期性外力作用下的振動
作業(yè)布置
課后練習和同步練習
謝謝
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