2019版高中物理 11.5 外力作用下的振動教學(xué)簡案 新人教版選修3-4.doc

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2019版高中物理 11.5 外力作用下的振動教學(xué)簡案 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，能從能量的角度分析阻尼振動產(chǎn)生的原因。 3．知道什么叫做受迫振動，理解做受迫振動的物體的振動頻率跟固有頻率無關(guān)，等于驅(qū)動力的頻率。 4．知道什么叫做共振，理解共振發(fā)生的條件。 5．會應(yīng)用受迫振動和共振的知識解釋生活中的相關(guān)現(xiàn)象。 【教學(xué)過程】 1.什么是阻尼振動? 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(dǎo)致振動完全停止，這類振動叫阻尼振動。 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(guān)的問題. 2．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(xué)生答：振子做的是阻尼振動. ③請一位同學(xué)勻速轉(zhuǎn)動把手，觀察振動物體的振動情形和剛才有什么不同? 學(xué)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(xué)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(qū)動力. ②物體在外界驅(qū)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(qū)動力，系統(tǒng)能持續(xù)地振動下去嗎? 學(xué)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(qū)動力作用. (4)同學(xué)們想一想：有哪些物體做的是受迫振動? 學(xué)生答：發(fā)動機正在運轉(zhuǎn)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(zhuǎn)時發(fā)生的振動. (6)通過剛才的學(xué)習(xí)，我們知道物體在周期性的驅(qū)動力作用下所做的振動叫受迫振動；那么周期性作用的驅(qū)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(guān)系呢? ①還以上圖中的裝置進行如下演示： 用不同的轉(zhuǎn)速分別勻速地轉(zhuǎn)動把手，觀察振子的振動快慢情況. ②學(xué)生敘述觀察到的現(xiàn)象： 當(dāng)把手轉(zhuǎn)速小時，振子振動較慢； 當(dāng)把手轉(zhuǎn)速大時，振子振動較快. ③定性總結(jié)：物體做受迫振動時，振子振動的快慢隨驅(qū)動力變化的快慢而變化. (7)教師：經(jīng)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(qū)動力的頻率. ②受迫振動的頻率跟物體的固有頻率沒有關(guān)系. 3.共振 過渡引言：受迫振動的頻率等于驅(qū)動力的頻率，與物體的固有頻率無關(guān)，但是如果驅(qū)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(xué)生描述看到的現(xiàn)象. A擺動起來后，B、C、D、E也隨之?dāng)[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(guān)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(qū)動力由什么提供? 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，它們的驅(qū)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(qū)動力的頻率f ′等于振動物體的固有頻率f ′時，振幅最大，驅(qū)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(qū)動力的f及振動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)系可用圖象來表示：這個圖象叫共振曲線. 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：表示受迫振動的振幅. 橫軸：表示驅(qū)動力的頻率. b:據(jù)圖象特點，學(xué)生敘述受迫振動的振幅、驅(qū)動力的頻率、物體的固有頻率之間的關(guān)系. 當(dāng)驅(qū)動力頻率等于物體固有頻率時，物體振幅最大，驅(qū)動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(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(qū)動力. ①第一次實驗時，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(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. 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)用和防止的實例. (2)學(xué)生回答： 應(yīng)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(zhuǎn)速等. (3)實例： ①應(yīng)用的實例： 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(zhuǎn)時為了防止共振要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速. (4)學(xué)生通過上述實例分析，回答： ①利用共振時，應(yīng)如何去做?——(利用共振時，應(yīng)使驅(qū)動力的頻率接近或等于物體的固有頻率) ②防止共振時，應(yīng)如何做?——(在需要防止共振時，應(yīng)使驅(qū)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? 【典型范例】 1．把一個篩子用四根彈簧支起來，篩子上裝一個電動偏心輪，它每轉(zhuǎn)一周給篩子一個驅(qū)動力，這就成了一個共振篩，篩子做自由振動時，每次全振動用時2s，在某電壓下電動偏心輪轉(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頁問題與練習(xí)第三題 3．如圖所示為單擺的共振曲線，求： （2）發(fā)生共振時單擺的振幅；0.08m （3）共振時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．如圖所示是一個做阻尼振動物體的振動圖象，A、B兩點所在直線與橫軸平行。下列說法正確的是【 BD 】 A．物體A時刻的動能等于B時刻的動能 B．物體A時刻的勢能等于B時刻的勢能 C．物體A時刻的機械能等于B時刻的機械能 D．物體A時刻的機械能大于B時刻的機械能 2．如圖所示，曲軸上懸掛一彈簧振子，轉(zhuǎn)動搖把，曲軸可以帶動彈簧振子上下振動，開始時不轉(zhuǎn)動搖把，而手往下拉振子，放手后使之上下振動，測得振子在10s內(nèi)完成20次全振動，然后勻速轉(zhuǎn)動搖把，轉(zhuǎn)速為240r/min，當(dāng)振子振動穩(wěn)定時，它的振動周期為【 B 】 A．0.5s B．0.25s C．2 s D．4 s