2019-2020年高中物理 11.5《外力作用下的振動》教學設計 新人教版選修3-4.doc

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2019-2020年高中物理 11.5《外力作用下的振動》教學設計 新人教版選修3-4 　　【教學目標】 　　一、知識與技能 　　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，能從能量的角度分析阻尼振動產(chǎn)生的原因。 　　3．知道什么叫驅動力，理解它是按效果命名的力。 　　4．知道什么叫受迫振動。理解系統(tǒng)做受迫振動的頻率等于驅動力的頻率，與系統(tǒng)的固有頻率無關。 　　5．知道什么叫共振，理解共振發(fā)生的條件，知道常見共振的應用和危害。 　　二、過程與方法 　　1．通過演示實驗訓練學生的觀察能力和由實驗現(xiàn)象提煉出規(guī)律的能力以及表達能力。 　　2．通過讓學生列舉或解釋自然現(xiàn)象和生活中實例的方法，培養(yǎng)學生用物理原理和研究方法解決實際問題的意識。 　　三、情感態(tài)度與價值觀 　　讓學生領略物理現(xiàn)象與規(guī)律的奇妙與和諧，發(fā)展學生的好奇心與求知欲，體驗探究的艱辛與樂趣。 　　【教學重點】 　　1．受迫振動的頻率等于驅動力的頻率，與系統(tǒng)的固有頻率無關。 　　2．共振發(fā)生的條件。 　　【教學難點】 　　受迫振動的頻率等于驅動力的頻率與系統(tǒng)的固有頻率無關的理解。 　　【教學方法】 　　演示實驗，多媒體視頻，啟發(fā)，討論，交流。 　　【課時安排】 　　1課時 　?。ü逃蓄l率的概念在研究彈簧振子或單擺時已經(jīng)給出，所以本節(jié)課直接從阻尼振動開始） 　　【教學過程】 　　一、復習并引入新課 　　師：前面我們學習簡諧運動時引入了兩個理想化模型是什么？ 　　生：彈簧振子和單擺。 　　師：說它理想很重要的一點就是我們忽略掉振動中的摩擦阻力或空氣阻力等，即忽略掉振動系統(tǒng)的能量損失，那么彈簧振子或單擺做什么樣的振動？ 　　生：振幅不變的運動（學生可能回答出別的答案，可提醒他從能量的角度考慮此問題。） 　　師：實際的彈簧振子或單擺的振動肯定有能量損失，它會做什么樣的振動呢？ 　　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。 　　二、新課教學 板書 一、阻尼振動 1．振幅逐漸減小的振動叫阻尼振動。 2．阻尼振動的x-t圖象（圖11．5-1） 　　師：你認為振幅減小的快慢與什么相關？ 　　生：討論后得出與阻力大小有關。 　　演示：單擺的擺動，第一次在空氣中；第二次在水中（用玻璃水槽盛水，便于觀察）。提醒學生觀察振幅減小的快慢有什么不同。 　　師：如果進一步增大阻力，會不會造成振動不能發(fā)生呢？ 　　生：可能不發(fā)生振動。 　　演示：單擺擺動，小球在粘稠的泥漿中（用玻璃槽盛泥漿，只觀察露在泥漿外的擺線即可。） 板書 3．振幅減小的快慢與阻力大小有關；當阻力過大時，振動不能發(fā)生。 　　師：鐘擺在擺動時受不受阻力作用呢？它的振幅是否減小呢？ 　　（有相當多的學生沒見過帶擺的表，如果學習單擺一節(jié)時讓學生看過實物或視頻了，此時直接提出問題即可，否則要演示實物或視頻。） 　　生：普遍認為受阻力，但振幅又保持不變。 　　師：是什么原因導致它的振幅不減小呢？ 　　生：討論后或經(jīng)老師提醒后得出擺不斷得到能量補充。（老師可以當場給鐘上弦，給出增加彈性勢能的視覺感受。） 　　師：象鐘擺這樣雖有能量損耗，但能量又不斷得到補充，使振動能夠持續(xù)下去的振動叫受迫振動。 板書 二、受迫振動 1．作用在系統(tǒng)上，不斷對系統(tǒng)做功的周期性外力叫驅動力。（教師指明跟回復力一樣，驅動力也是按效果命名的力。） 2．受迫振動：系統(tǒng)在驅動力作用下的振動。 　　師：除鐘擺外，請你再列舉出幾個受迫振動的實例。 　　生：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(xiàn)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（當場表演或看視頻）；跳水比賽中跳板的振動（看視頻）；被幼兒園老師有節(jié)奏推動下的秋千的擺動（看視頻）；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(shù)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(xiàn)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：圖11．5-2，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。 板書 3．在穩(wěn)定時受迫振動的頻率總等于驅動力的頻率，與系統(tǒng)的固有頻率無關。 　　師：是不是系統(tǒng)的固有頻率對系統(tǒng)的振動一點影響也沒有呢？這一次我們從感性入手，通過實驗看一看能否找到規(guī)律。 　　演示實驗：圖11．5-3（建議再增加一個E擺，擺長比D擺還大），先讓學生明白A擺提供驅動力，驅動力頻率等于由A擺擺長決定的頻率；其余各擺都做受迫振動，振動頻率都等于驅動力頻率，即都等于A擺的頻率；同時其余各擺都具有由自己擺長決定的固有頻率，其中B擺的固有頻率等于驅動力頻率，C擺的固有頻率大于驅動力頻率，D、E兩擺的固有頻率都小于驅動力頻率。但D擺的固有頻率更接近于驅動力頻率。 　　讓學生觀察實驗（可以多做幾次實驗），說出看到的現(xiàn)象，總結出規(guī)律或結論，老師組織同學們互相評價。 　　師總結出實驗結論：做受迫振動的系統(tǒng)，當固有頻率等于驅動力頻率時，振幅最大；當固有頻率不等于驅動力頻率時，二者越接近，振幅越大。 　　師：剛才的實驗中由于B擺的固有頻率等于驅動力頻率，導致B擺振幅最大的現(xiàn)象在物理學上叫共振。 板書 三、共振 1．驅動力頻率等于系統(tǒng)的固有頻率時，受迫振動的系統(tǒng)振幅最大的現(xiàn)象叫共振。 2．當固有頻率不等于驅動力頻率時，二者越接近，振幅越大。 3．共振曲線，圖11．5-4（讓學生說出橫、縱軸的物理意義，f0的物理意義，教師提醒學生除峰值外，其他某一振幅都對應兩個驅動力頻率。） 4．共振與受迫振動的關系：共振是受迫振動的一個特殊狀態(tài)。 　　師：就象受迫振動一樣，共振現(xiàn)象也廣泛存在于生產(chǎn)、生活當中。 板書 四、生活中的共振與減振 　　閱讀：科學漫步 　　演示：共振篩實驗 　　【課堂小結】 　　1．阻尼振動 　　2．受迫振動的概念和規(guī)律 　　3．共振的概念、特點 　　【作業(yè)】 　　課本P21：1、2、3、4；通過圖書、雜志、互聯(lián)網(wǎng)等查找共振應用與防止的其他實例，以后找機會交流。