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)1、知識與技能（1）知道阻尼振動(dòng)和無阻尼振動(dòng)，并能從能量的觀點(diǎn)給予說明；（2）知道受迫振動(dòng)的概念。知道受迫振動(dòng)的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，而跟振動(dòng)物體的固有頻率無關(guān)；（3）理解共振的概念，知道常見的共振的應(yīng)用和危害。2、過程與方法：3、情感、態(tài)度與價(jià)值觀：教學(xué)重點(diǎn)：受迫振動(dòng)，共振。教學(xué)難點(diǎn)：驅(qū)動(dòng)力的頻率、固有頻率的區(qū)別。教學(xué)教具：彈簧振子、受迫振動(dòng)演示儀、擺的共振演示器。教學(xué)過程：第五節(jié) 外力作用下的振動(dòng)（一）復(fù)習(xí)提問注意觀察教師的演示實(shí)驗(yàn)。教師把彈簧振子的振子向右移動(dòng)至b點(diǎn)，然后釋放，則振子在彈性力作用下，在平衡位置附近持續(xù)地沿直線振動(dòng)起來。重復(fù)兩次讓學(xué)生在黑板上畫出振動(dòng)圖象的示意圖（圖1中的）。 再次演示上面的振動(dòng)，只是讓起始位置明顯地靠近平衡位置，再讓學(xué)生在原坐標(biāo)上畫出第二次振子振動(dòng)的圖象（圖1中的）。和應(yīng)同頻、同相、振幅不同。 結(jié)合圖象和振子運(yùn)動(dòng)與學(xué)生一起分析能量的變化并引入新課。（二）新課教學(xué)現(xiàn)在以彈簧振子為例討論一下簡諧運(yùn)動(dòng)的能量問題。問提1：振子從b向o運(yùn)動(dòng)過程中，它的能量是怎樣變化的？（彈性勢能減少，動(dòng)能增加。）問提2：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？問提3：振子在振動(dòng)過程中總的機(jī)械能如何變化？（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。）1、總機(jī)械能守恒將振子從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)能和勢能之和保持不變，都等于開始振動(dòng)時(shí)的彈性勢能，也就是系統(tǒng)的總機(jī)械能。小結(jié)：由于簡諧運(yùn)動(dòng)中總機(jī)械能守恒，所以簡諧運(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，因此簡諧運(yùn)動(dòng)的振幅與能量相對應(yīng)。問提4：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？（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。）這種振幅不變的振動(dòng)叫等幅振動(dòng)。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。2、受迫振動(dòng)在驅(qū)動(dòng)力作用下物體的振動(dòng)叫受迫振動(dòng)。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)。問提5：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)。問提6：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。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。小結(jié)本節(jié)（1）振動(dòng)物體都具有能量，能量的大小與振幅有關(guān)，振幅越大，振動(dòng)能量也越大；（2）當(dāng)振動(dòng)物體的能量逐漸減小時(shí)，振幅也隨著減小，這樣的振動(dòng)叫阻尼振動(dòng)；（3）振幅保持不變的振動(dòng)叫等幅振動(dòng)；（4）物體在驅(qū)動(dòng)力作用下的振動(dòng)是受迫振動(dòng)，受迫振動(dòng)的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率；（5）當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率等于物體的固有頻率時(shí)，受迫振動(dòng)振幅最大的現(xiàn)象叫共振；共振在技術(shù)上有其有利的一面，也存在不利的一面；有利的要盡量利用，不利的要盡量防止?！镜淅治觥坷?任何物體都有一定的固有頻率.如果把人作為一個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)，在水平方向的固有頻率約為3 hz6 hz，在豎直方向的固有頻率約為4 hz8 hz.拖拉機(jī)、風(fēng)鎬、風(fēng)鏟、鉚釘機(jī)等的操作工在工作時(shí)將做_振動(dòng)，這時(shí)若操作工的固有頻率與振源振動(dòng)的頻率_，就會對操作工的健康造成傷害.為保證操作工的安全與健康，有關(guān)部門作出規(guī)定：用于人工操作的各類振動(dòng)機(jī)械的頻率必須大于20 hz，這是為了防止_所造成的傷害.解析這是關(guān)于共振的防止與利用問題。當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率接近或等于物體的固有頻率時(shí)可有效利用共振；使驅(qū)動(dòng)力的頻率遠(yuǎn)離物體的固有頻率可以防止共振引起的危害。答案：受迫、接近或相等、共振。例2。右圖為一單擺的共振曲線，則該單擺的擺長約為多少？共振時(shí)單擺的振幅多大？（g取10m/s2）解析由圖可知，單擺在f驅(qū)=f固=0.5hz時(shí)振動(dòng)最劇烈，表明此時(shí)發(fā)生了共振，振幅為10cm。由，得：l=1.01m例3單擺在振動(dòng)過程中，擺動(dòng)幅度越來越小這是因?yàn)椋? )a能量正在逐漸消滅 b動(dòng)能正在轉(zhuǎn)化為勢能c機(jī)械能守恒 d總能量守恒，減少的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能解析單擺做振幅逐漸減小的阻尼振動(dòng)，機(jī)械能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能。d正確。例4如圖所示，光滑斜面上物體a被平行于斜面的輕質(zhì)彈簧拉住靜止于o點(diǎn)現(xiàn)將a沿著斜面拉到b點(diǎn)無初速度的釋放，物體在b、c范圍內(nèi)做簡諧運(yùn)動(dòng)，則下列說法正確的有（ aboc ）aob越長，振動(dòng)的能量越大b在振動(dòng)過程中物體a的機(jī)械能守恒c物體a在c點(diǎn)時(shí)，由物體與彈簧構(gòu)成的系統(tǒng)勢能最小d物體a在c點(diǎn)時(shí)，由物體與彈簧構(gòu)成的系統(tǒng)勢能最大，在b點(diǎn)時(shí)勢能最小 解析由物體a與彈簧構(gòu)成的振動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械能守恒。彈簧的形變越大，系統(tǒng)振動(dòng)的能量就越大。因b、c兩點(diǎn)的動(dòng)能為零，則系統(tǒng)的勢能為最大。選項(xiàng)a正確?！局R檢測】1工廠里，有一臺機(jī)器正在運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)其飛輪轉(zhuǎn)得很快的時(shí)候，機(jī)器的振動(dòng)并不強(qiáng)烈，切斷電源，飛輪逐漸慢下來，到某一時(shí)刻機(jī)器發(fā)生強(qiáng)烈的振動(dòng)，此后飛輪轉(zhuǎn)得更慢，機(jī)器的振動(dòng)又轉(zhuǎn)動(dòng)減弱。這種現(xiàn)象說明（ ）a純屬偶然現(xiàn)象，并無規(guī)律b在某一時(shí)刻，飛輪的慣性最大c在某一時(shí)刻，飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率最大d在某一時(shí)刻，飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率與機(jī)身的固有頻率相等2如圖所示，一輕彈簧的左端固定在豎直墻上，右端與質(zhì)量為m的滑塊b相連，組成彈簧振子，在光滑的水平面上做簡諧運(yùn)動(dòng).當(dāng)滑塊運(yùn)動(dòng)到右側(cè)最大位移處時(shí)，在滑塊上輕輕放上一質(zhì)量為m的木塊a組成新振子，該系統(tǒng)繼續(xù)做簡諧運(yùn)動(dòng)。新振子的運(yùn)動(dòng)過程與原振子的運(yùn)動(dòng)過程相比（ ）a、新振子的最大速度比原振子的最大速度小b、新振子的最大動(dòng)能比原振子的最大動(dòng)能小c、新振子的最大勢能比原振子的最大勢能大d、新振子的彈簧最大形變比原振子的彈簧最大形變大3汽車的車身是裝在彈簧上的，如果這個(gè)系統(tǒng)的固有周期是1.5s，汽車在一條起伏不平的路上行駛，路上各凸起處大約都相隔8m，汽車以 的速度行駛時(shí)，車身上下顛簸得最劇烈。4.如圖所示，在一根張緊的水平繩上掛有5個(gè)單擺，其中b擺球質(zhì)量最大，其余4個(gè)擺球質(zhì)量相等，擺長關(guān)系為lclb=ldlale，現(xiàn)將b擺垂直紙面向里拉開一微小角度后釋放，經(jīng)過一段時(shí)間后，其余各擺均振動(dòng)起來并達(dá)到穩(wěn)定時(shí)的情況是（ ）a、4個(gè)單擺的周期tctdtateb、4個(gè)單擺的頻率fa=fc=fd=fec、4個(gè)單擺的振幅aa=ac=ad=aed、4個(gè)單擺中d擺的振幅最大，且aeaa圖15一砝碼和一輕彈簧構(gòu)成彈簧振子，圖1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，砝碼便做簡諧運(yùn)動(dòng)，振動(dòng)圖線如圖2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3所示。t/sy/cm42208121626101411圖3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2y/cm2440468135722t/s a.由圖線可知t0=4sb.由圖線可知t0=8sc.當(dāng)t在4s附近時(shí)，y顯著增大；當(dāng)t比4s小得多或大得多時(shí)，y很小d.當(dāng)t在8s附近時(shí)，y顯著增大；當(dāng)t比8s小得多或大得多時(shí)，y很小6如圖所示是一個(gè)單擺的共