人教版選修34 外力作用下的振動(dòng) 第1課時(shí) 教案.docx

11.5外力作用下的振動(dòng)教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與技能（1）能從能量的觀點(diǎn)分析阻尼振動(dòng)產(chǎn)生的原因（2）掌握受迫振動(dòng)的概念。探究受迫振動(dòng)的頻率與驅(qū)動(dòng)力的頻率的關(guān)系（3）理解共振的概念及產(chǎn)生條件，知道常見的共振的應(yīng)用和危害過程與方法：通過實(shí)驗(yàn)探究受迫振動(dòng)頻率與驅(qū)動(dòng)力頻率及共振條件情感態(tài)度與價(jià)值觀體會(huì)物理與生活的緊密聯(lián)系，培養(yǎng)熱愛生活的情趣教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)：1.什么是受迫振動(dòng).2.什么是共振及產(chǎn)生共振的條件難點(diǎn)：1.物體發(fā)生共振決定于驅(qū)動(dòng)力的頻率與物體固有頻率的關(guān)系，與驅(qū)動(dòng)力大小無關(guān).2.當(dāng)f驅(qū)固時(shí)，物體做受迫振動(dòng)的振幅最大四、學(xué)情分析.1、教學(xué)中應(yīng)該充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)的作用，使學(xué)生理解物體在做受迫振動(dòng)時(shí)其頻率跟驅(qū)動(dòng)力頻率的關(guān)系，以及受迫振動(dòng)的頻率與物體固有頻率接近時(shí)，振動(dòng)的特點(diǎn).2在做共振實(shí)驗(yàn)時(shí)，也可以用如下的實(shí)驗(yàn)代替課本中圖9-33的實(shí)驗(yàn)。即在同一塊薄木板上固定許多長(zhǎng)度不同，但質(zhì)地、粗細(xì)相同的小木棒，振動(dòng)其中的一個(gè)，觀察其他小木棒哪一個(gè)振動(dòng)得最劇烈。3注意引導(dǎo)學(xué)生多思考一下共振在實(shí)際中的應(yīng)用(如樂器的共鳴箱等)以及避免共振的做法，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力和習(xí)慣。五、教學(xué)方法實(shí)驗(yàn)、討論六、課前準(zhǔn)備彈簧振子、受迫振動(dòng)演示儀、擺的共振演示器七、課時(shí)安排1課時(shí)八、教學(xué)過程（一）預(yù)習(xí)檢查、總結(jié)疑惑（二）情景引入、展示目標(biāo)現(xiàn)場(chǎng)演示彈簧振子的運(yùn)動(dòng)，提出問題：彈簧振子為什么會(huì)停下來而不一直運(yùn)動(dòng)下去？那么如何才能讓它永不停息的運(yùn)動(dòng)呢？（三）合作探究、精講點(diǎn)播學(xué)生帶著上述問題閱讀課本內(nèi)容。（給予學(xué)生2-3分鐘時(shí)間）現(xiàn)在以彈簧振子為例討論一下簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的能量問題。問：振子從b向o運(yùn)動(dòng)過程中，它的能量是怎樣變化的？引導(dǎo)學(xué)生答出彈性勢(shì)能減少，動(dòng)能增加。問：振子從o向c運(yùn)動(dòng)過程中能量如何變化？振子由c向o、又由o向b運(yùn)動(dòng)的過程中，能量又是如何變化的？問：振子在振動(dòng)過程中總的機(jī)械能如何變化？引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用機(jī)械能守恒定律，得出在不計(jì)阻力作用的情況下，總機(jī)械能保持不變。教師指出：將振子從b點(diǎn)釋放后在彈簧彈力（回復(fù)力）作用下，振子向左運(yùn)動(dòng)，速度加大，彈簧形變（位移）減少，彈簧的彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為振子的動(dòng)能。當(dāng)回到平衡位置o時(shí)，彈簧無形變，彈性勢(shì)能為零，振子動(dòng)能達(dá)到最大值，這時(shí)振子的動(dòng)能等于它在最大位移處（b點(diǎn)）彈簧的彈性勢(shì)能，也就是等于系統(tǒng)的總機(jī)械能。在任何一位置上，動(dòng)能和勢(shì)能之和保持不變，都等于開始振動(dòng)時(shí)的彈性勢(shì)能，也就是系統(tǒng)的總機(jī)械能。由于簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中總機(jī)械能守恒，所以簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中振幅不變。如果初始時(shí)b點(diǎn)與o點(diǎn)的距離越大，到o點(diǎn)時(shí)，振子的動(dòng)能越大，則系統(tǒng)所具有的機(jī)械能越大。相應(yīng)地，振子的振幅也就越大，因此簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的振幅與能量相對(duì)應(yīng)。問：怎樣才能使受阻力的振動(dòng)物體的振幅不變，而一直振動(dòng)下去呢？引導(dǎo)學(xué)生答出，應(yīng)不斷地向系統(tǒng)補(bǔ)充損耗的機(jī)械能，以使振動(dòng)物體的振幅不變。指出：這種振幅不變的振動(dòng)叫等幅振動(dòng)。舉幾個(gè)等幅振動(dòng)的例子，例如電鈴響的時(shí)候，鈴錘是做等幅振動(dòng)。電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作時(shí)，打點(diǎn)針是做等幅振動(dòng)。掛鐘的擺是做等幅振動(dòng)。它們的共同特點(diǎn)是，工作時(shí)振動(dòng)物體不斷地受到周期性變化外力的作用。這種周期性變化的外力叫驅(qū)動(dòng)力。在驅(qū)動(dòng)力作用下物體的振動(dòng)叫受迫振動(dòng)。再讓學(xué)生舉幾個(gè)受迫振動(dòng)的例子，例如內(nèi)燃機(jī)氣缸中活塞的運(yùn)動(dòng)，縫紉機(jī)針頭的運(yùn)動(dòng)，揚(yáng)聲器紙盆的運(yùn)動(dòng)，電話耳機(jī)中膜片的運(yùn)動(dòng)等都是受迫振動(dòng)。問：受迫振動(dòng)的頻率跟什么有關(guān)呢？讓學(xué)生注意觀察演示（圖3）。用不同的轉(zhuǎn)速勻速地轉(zhuǎn)動(dòng)把手，可以發(fā)現(xiàn)，開始振子的運(yùn)動(dòng)情況比較復(fù)雜，但達(dá)到穩(wěn)定后，振子的運(yùn)動(dòng)就比較穩(wěn)定，可以明顯地觀察到受迫振動(dòng)的周期等于驅(qū)動(dòng)力的周期。這樣就可以得到物體做受迫振動(dòng)的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，而跟振子的固有頻率無關(guān)。問：受迫振動(dòng)的振幅又跟什么有關(guān)呢？演示擺的共振（裝置如圖4），在一根繃緊的繩上掛幾個(gè)單擺，其中a、b、g球的擺長(zhǎng)相等。當(dāng)使a擺動(dòng)起來后，a球的振動(dòng)通過張緊的繩給其余各擺施加周期性的驅(qū)動(dòng)力，經(jīng)一段時(shí)間后，它們都會(huì)振動(dòng)起來。驅(qū)動(dòng)力的頻率等于a擺的頻率。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在a擺多次擺動(dòng)后，各球都將以a球的頻率振動(dòng)起來，但振幅不同，固有頻率與驅(qū)動(dòng)力頻率相等的b、g球的振幅最大，而頻率與驅(qū)動(dòng)力頻率相差最大的d、e球的振幅最小。明確指出：驅(qū)動(dòng)力的頻率跟物體的固有頻率相等時(shí)，振幅最大，這種現(xiàn)象叫共振。講解一下共振在技術(shù)上有其有利的一面，也存在不利的一面。結(jié)合課本讓同學(xué)思考，在生活實(shí)際中利用共振和防止共振的實(shí)例。例1一單擺做阻尼振動(dòng)，則在振動(dòng)過程中()a振幅越來越小，周期也越來越小b振幅越來越小，周期不變c在振動(dòng)過程中，通過某一位置時(shí)，機(jī)械能始終不變d在振動(dòng)過程中，機(jī)械能不守恒解析因單擺做阻尼振動(dòng)，所以振幅越來越小，機(jī)械能越來越小，振動(dòng)周期不變答案bd例2如圖4所示，把兩個(gè)彈簧振子懸掛在同一支架上，已知甲彈簧振子的固有頻率為9 hz，乙彈簧振子的固有頻率為72 hz，當(dāng)支架在受到豎直方向且頻率為9 hz的驅(qū)動(dòng)力作用做受迫振動(dòng)時(shí)，則兩個(gè)彈簧振子的振動(dòng)情況是()圖4a甲的振幅較大，且振動(dòng)頻率為18 hzb甲的振幅較大，且振動(dòng)頻率為9 hzc乙的振幅較大，且振動(dòng)頻率為9 hzd乙的振幅較大，且振動(dòng)頻率為72 hz解析根據(jù)受迫振動(dòng)發(fā)生共振的條件可知甲的振幅較大，因?yàn)榧椎墓逃蓄l率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，做受迫振動(dòng)的物體的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，所以b選項(xiàng)正確答案b例3如圖5所示的演示裝置，一根張緊的水平繩上掛著五個(gè)單擺，其中a、e擺長(zhǎng)相同，先使a擺動(dòng)，其余各擺也隨著擺動(dòng)起來，可以發(fā)現(xiàn)振動(dòng)穩(wěn)定后()圖5a各擺的固有周期均相同b各擺振動(dòng)的周期均與a擺相同cc擺振幅最大db擺振動(dòng)周期最小解析單擺的固有周期由擺長(zhǎng)決定，故除a、e固有周期相同外，其他擺的固有周期都不相同，a錯(cuò)；a擺動(dòng)后，通過水平繩對(duì)周圍的b、c、d、e四個(gè)單擺提供周期性的驅(qū)動(dòng)力，四擺都在同一驅(qū)動(dòng)力作用下運(yùn)動(dòng)，故它們的振動(dòng)周期均與a擺的固有周期相同，b對(duì)，d錯(cuò)；其中e擺發(fā)生共振現(xiàn)象，振幅最大，c錯(cuò)答案b例4一個(gè)單擺做受迫振動(dòng)，其共振曲線(振幅a與驅(qū)動(dòng)力的頻率f的關(guān)系)如圖6所示，則()圖6a此單擺的固有周期約為0.5 sb此單擺的擺長(zhǎng)約為1 mc若擺長(zhǎng)增大，單擺的固有頻率增大d若擺長(zhǎng)增大，共振曲線的峰將向右移動(dòng)解析由共振條件知單擺固有頻率為f0.5 hz，則其固有周期為t2 s，選項(xiàng)a錯(cuò)；由單擺周期公式t2，可求得單擺擺長(zhǎng)為l1 m，選項(xiàng)b對(duì)；擺長(zhǎng)增大，單擺的周期變大，其固有頻率變小，共振曲線的峰將向左移動(dòng)，選項(xiàng)c、d錯(cuò)答案b課堂練習(xí)1(對(duì)阻尼振動(dòng)的理解)做阻尼振動(dòng)的振子哪些物理量在減小()a機(jī)械能 b振幅c周期 d頻率答案ab2(對(duì)受迫振動(dòng)的理解)如圖7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，讓振子上下自由振動(dòng)，測(cè)得振動(dòng)頻率為2 hz，然后勻速轉(zhuǎn)動(dòng)搖把，轉(zhuǎn)速為240 r/min，當(dāng)振子振動(dòng)穩(wěn)定后，它的振動(dòng)周期為()圖7a. s b. s c2 s d4 s答案b解析受迫振動(dòng)的周期等于驅(qū)動(dòng)力的周期，故t s s.3(阻尼振動(dòng)中的能量)如圖8所示是一個(gè)水平彈簧振子做阻尼振動(dòng)的振動(dòng)圖象，曲線上a、b兩點(diǎn)連線與橫軸平行，下列說法正確的是()圖8a振子在a時(shí)刻的動(dòng)能等于b時(shí)刻的動(dòng)能b振子在a時(shí)刻的勢(shì)能大于b時(shí)刻的勢(shì)能c振子在a時(shí)刻的機(jī)械能等于b時(shí)刻的機(jī)械能d振子在a時(shí)刻的機(jī)械能大于b時(shí)刻的機(jī)械能答案d解析由于彈簧振子做阻尼振動(dòng)，所以a時(shí)刻的機(jī)械能大于b時(shí)刻的機(jī)械能，c錯(cuò)，d對(duì)；由于彈簧的彈性勢(shì)能僅與彈簧的形變量(即振子的位移)有關(guān)，a、b時(shí)刻彈簧的形變量相等，故勢(shì)能相等，所以b錯(cuò)；通過上述分析可知振子在a時(shí)刻的動(dòng)能大于b時(shí)刻的動(dòng)能，a錯(cuò)4(對(duì)共振的理解)一砝碼和一輕彈簧構(gòu)成彈簧振子，圖9甲所示的裝置可用于研究該彈簧振子的受迫振動(dòng)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)把手時(shí)，曲桿給彈簧振子以驅(qū)動(dòng)力，使振子做受迫振動(dòng)把手勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的周期就是驅(qū)動(dòng)力的周期，改變把手勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的速度就可以改變驅(qū)動(dòng)力的周期若保持把手不動(dòng)，給砝碼一向下的初速度，砝碼便做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，振動(dòng)圖線如圖乙所示當(dāng)把手以某一速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，受迫振動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，砝碼的振動(dòng)圖線如圖丙所示若用t0表示彈簧振子的固有周期，t表示驅(qū)動(dòng)力的周期，y表示受迫振動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定后砝碼振動(dòng)的振幅，則()圖9a由圖線可知t04 sb由圖線可知t08 sc當(dāng)t在4 s附近時(shí)，y顯著增大；當(dāng)t比4 s小得多或大得多時(shí)，y很小d當(dāng)t在8 s附近時(shí)，y顯著增大；當(dāng)t比8 s小得多或大得多時(shí)，y很小答案ac解析題圖乙是彈簧振子未加驅(qū)動(dòng)力時(shí)振動(dòng)的圖線，故由題圖乙讀出的周期為其振動(dòng)的固有周期，即t04 s題圖丙是彈簧振子在驅(qū)動(dòng)力作用下的振動(dòng)圖線做受迫振動(dòng)的物體，其振動(dòng)的周期等于驅(qū)動(dòng)力的周期，即t8 s當(dāng)固有周期與驅(qū)動(dòng)力的周期相同時(shí)，其振幅最大兩周期差別越大，其振動(dòng)振幅越小由以上分析可知，a、c對(duì)作業(yè)1自由擺動(dòng)的秋千，擺動(dòng)的振幅越來越小，下列說法正確的是()a機(jī)械能守恒b能量正在消失c總能量守恒，機(jī)械能減小d只有動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化答案c解析自由擺動(dòng)的秋千可以看做阻尼振動(dòng)的模型，振動(dòng)系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)化不僅是系統(tǒng)內(nèi)部動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化振動(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)開放系統(tǒng)，與外界時(shí)刻進(jìn)行能量交換系統(tǒng)由于受到阻力，因而振動(dòng)的能量不斷減小，但總能量守恒故正確答案為c.2彈簧振子在振動(dòng)過程中振幅逐漸減小，這是由于()a振子開始振動(dòng)時(shí)振幅太小b在振動(dòng)過程中要不斷克服外界阻力做功，消耗能量c動(dòng)能和勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化d振子的機(jī)械能逐漸轉(zhuǎn)化為內(nèi)能答案bd解析由于阻力作用，振子的機(jī)械能減小，振幅減小，故b、d正確3一單擺在空氣中振動(dòng)，振幅逐漸減小，下列說法正確的是()a振動(dòng)的機(jī)械能逐漸轉(zhuǎn)化為其他形式的能b后一時(shí)刻的動(dòng)能一定小于前一時(shí)刻的動(dòng)能c后一時(shí)刻的勢(shì)能一定小于前一時(shí)刻的勢(shì)能d后一時(shí)刻的機(jī)械能一定小于前一時(shí)刻的機(jī)械能答案ad解析單擺振動(dòng)過程中，會(huì)不斷克服空氣阻力做功使機(jī)械能逐漸轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，a、d對(duì)；雖然單擺總的機(jī)械能在逐漸減少，但在振動(dòng)過程中動(dòng)能和勢(shì)能仍不斷地相互轉(zhuǎn)化動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能時(shí)，動(dòng)能逐漸減少，勢(shì)能逐漸增加，而勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能時(shí)，勢(shì)能逐漸減少，動(dòng)能逐漸增加，所以不能斷言后一時(shí)刻的動(dòng)能(或勢(shì)能)一定小于前一時(shí)刻的動(dòng)能(或勢(shì)能)，故b、c錯(cuò)4下列振動(dòng)中屬于受迫振動(dòng)的是()a用重錘敲擊一下懸吊著的鐘后，鐘的擺動(dòng)b打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接通電源后，振針的振動(dòng)c小孩睡在自由擺動(dòng)的吊床上，小孩隨著吊床一起擺動(dòng)d彈簧振子在豎直方向上沿上下方向振動(dòng)答案b解析受迫振動(dòng)是振動(dòng)物體在驅(qū)動(dòng)力作用下的運(yùn)動(dòng)，故只有b對(duì)a、c是阻尼振動(dòng)，d是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)5日本曾發(fā)生過里氏9.0級(jí)大地震，導(dǎo)致很多房屋坍塌，場(chǎng)景慘不忍睹，就此事件，下列說法正確的是()a所有建筑物振動(dòng)周期相同b所有建筑物振幅相同c建筑物的振動(dòng)周期由其固有周期決定d所有建筑物均做受迫振動(dòng)答案ad解析地面上的所有建筑物都在同一驅(qū)動(dòng)力下做受迫振動(dòng)，它們的振動(dòng)周期都與驅(qū)動(dòng)力的周期相同，與其固有周期無關(guān)，故a、d正確，c錯(cuò)誤由于不同的建筑物固有周期不盡相同，所以做受迫振動(dòng)時(shí)，它們的振幅不一定相同，b錯(cuò)誤6下列說法正確的是()a某物體做自由振動(dòng)時(shí)，其振動(dòng)頻率與振幅無關(guān)b某物體做受迫振動(dòng)時(shí)，其振動(dòng)頻率與固有頻率無關(guān)c某物體發(fā)生共振時(shí)的頻率等于其自由振動(dòng)的頻率d某物體發(fā)生共振時(shí)的振動(dòng)就是無阻尼振動(dòng)答案abc7a、b兩個(gè)單擺，a擺的固有頻率為f，b擺的固有頻率為4f，若讓它們?cè)陬l率為5f的驅(qū)動(dòng)力作用下做受迫振動(dòng)，那么a、b兩個(gè)單擺比較()aa擺的振幅較大，振動(dòng)頻率為fbb擺的振幅較大，振動(dòng)頻率為5fca擺的振幅較大，振動(dòng)頻率為5fdb擺的振幅較大，振動(dòng)頻率為4f答案b解析a、b兩擺均做受迫振動(dòng)，其振動(dòng)頻率應(yīng)等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，即5f，因b擺的固有頻率接近驅(qū)動(dòng)力的頻率，故b擺的振幅較大，b正確，a、c、d錯(cuò)誤8下列關(guān)于共振和防止共振的說法，正確的是()