1.5受迫振動與共振教學(xué)設(shè)計新部編版

1、精品教學(xué)教案設(shè)計| Excellent teaching plan教師學(xué)科教案20 -20學(xué)年度第一學(xué)期任教學(xué)科:任教年級:任教老師:xx市實驗學(xué)校精品教學(xué)教案設(shè)計| Excellent teaching plan1.5 受迫振動與共振【教學(xué)目標(biāo)】（一 ）知識目標(biāo)1. 知道什么叫驅(qū)動力，什么叫受迫振動，能舉出受迫振動的實例；2. 知道受迫振動的頻率等于驅(qū)動力的頻率，跟物體的固有頻率無關(guān)；3. 知道什么是共振以及發(fā)生共振的條件；4. 知道共振的應(yīng)用和防止的實例。（二）能力目標(biāo)1. 通過分析實際例子，得到什么是受迫振動和共振現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生聯(lián)系實際，提高觀察和分析能力；2. 了解共振在實際中的應(yīng)用和

2、防止，提高理論聯(lián)系實際的能力。（三）德育目標(biāo)1. 通過共振的應(yīng)用和防止的教學(xué)，滲透一分為二的觀點；2. 通過共振產(chǎn)生條件的教學(xué)，認(rèn)識內(nèi)因和外因的關(guān)系?！窘虒W(xué)重點】1. 受迫振動概念的建立；2. 什么是共振及產(chǎn)生共振的條件?！窘虒W(xué)難點】1. 物體發(fā)生共振決定于驅(qū)動力的頻率與物體固有頻率的關(guān)系，與驅(qū)動力大小無關(guān)；2.當(dāng)f=f/時，物體做受迫振動的振幅最大。【教學(xué)方法】實驗演示、總結(jié)歸納與多媒體教學(xué)相結(jié)合【教具準(zhǔn)備】受迫振動演示儀、共振演示儀、兩個相同的帶有共鳴箱的音叉、橡皮槌、 CAI課件【教學(xué)過程】（一）導(dǎo)入新課實際的振動系統(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(jī)械能損耗，導(dǎo)致振動完

3、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(jī)械能在損耗，那么如果在機(jī)械能損耗的同時我們不斷地給振動系統(tǒng)補充能 量，物體的振動情形又如何呢？本節(jié)課我們來學(xué)習(xí)這一問題。(二)新課教學(xué)1、受迫振動受迫不期演示：用如圖所示的實驗裝置，向下拉一下振子，觀察它 的振動情況?，F(xiàn)象：振子做的是阻尼振動，振動一段時間后停止振動。演示：請一位同學(xué)勻速轉(zhuǎn)動把手，觀察振動物體的振動情 況?，F(xiàn)象：現(xiàn)在振子能夠持續(xù)地振動下去。分析：使振子能夠持續(xù)振動下去的原因，是把手給了振動 系統(tǒng)一個周期性的外力的作用，外力結(jié)系統(tǒng)做功，補償系統(tǒng)的 能量損耗。(1)驅(qū)動力：使系統(tǒng)持續(xù)地振動下去的外力，叫驅(qū)動力。(2)受迫振動

4、：物體在外界驅(qū)動力作用下所做的振動叫受迫振動。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。受迫振動實例：發(fā)動機(jī)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(jī)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。(多媒體展示幾個受迫振動的實例)電磁打點計時器的振針；工作時縫紉機(jī)的振針；揚聲器的紙盒；跳 水比賽時，人在跳板上走過時，跳板的振動；機(jī)器底座在機(jī)器運轉(zhuǎn)時發(fā)生的振 動。(3)受迫振動的特點做簡諧運動的彈簧振子和單擺在振動時，按振動系統(tǒng)的固有周期和固有頻率 振動。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

5、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 問有什么關(guān)系呢？演示：用前面的裝置實驗。用不同的轉(zhuǎn)速勻速地轉(zhuǎn)動把手， 觀察振子的振動 快慢情況?，F(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。 物體做受迫振動時，振動物體振動的快慢隨驅(qū)動力的周期而變化。總結(jié)：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； 受迫 振動的頻率跟物體的固有頻率沒有關(guān)系。2、共振(1)共振擺實驗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？演示：(共振演示儀)在一根張緊的繩上掛了幾個擺，其中 A、R C的擺長相

6、 等。先讓A擺擺動，觀察在擺動穩(wěn)定后的現(xiàn)象。共振現(xiàn)象：A擺動起來后，R G 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擺動的振幅最小分析：A、B、C擺長相同，據(jù)T = 2pjL和f=；得到，A、B、C三擺的周有頻率相同。D擺的擺長與A擺相差最多，兩者的固有頻率相差最大。 A擺振動 后通過張緊的繩子給其它各擺施加驅(qū)動力，使 B、G D E各擺做受迫振動，它 們振動的頻率都等于A擺的固有頻率。結(jié)論：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f跟固有頻率f相差越大，振幅越小。(2)共振驅(qū)動力頻率接近物體的固有頻率時， 受迫振動的振幅最大，這

7、種現(xiàn)象叫做共 振。(3)發(fā)生共振的條件驅(qū)動力頻率與物體的固有頻率相等或接近。(4)共振曲線通過上述實驗我們知道，受迫振動的振幅A與驅(qū)動力的頻率f及振動物體的固有頻率 V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，如下圖：縱軸：表示受迫振動的振幅橫軸：表小驅(qū)動力的頻率。特點：當(dāng)驅(qū)動力頻率等于物體固有頻率時，物體 振動的振幅最大；驅(qū)動力頻率與固有頻率相差越大， 物體的振幅越小。3、聲音的共鳴演示：兩個頻率相同的帶有共鳴箱的音叉， 放在實驗臺上。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，觀 察發(fā)生的現(xiàn)象?，F(xiàn)象：可以聽到?jīng)]被敲打的

8、音叉 B發(fā)出了聲音。演示：在其中的一只音叉的叉股上套上一個套管， 重新做上面的實驗，觀察 發(fā)生的現(xiàn)象。現(xiàn)象：音叉B下再發(fā)出聲音了。分析：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。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；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。聲音的共振現(xiàn)象叫共鳴。共鳴箱所起的作用是使音叉的聲音加強(qiáng)。4、共振的應(yīng)用和防止(1)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共振現(xiàn)象有許多應(yīng)用

9、。把一些不同長度的鋼片裝在同一個支架上， 可用來制 成測量發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速計。使轉(zhuǎn)速計與開動著的機(jī)器緊密接觸，機(jī)器的振動引 起轉(zhuǎn)速計的輕微振動，這時固有頻率與機(jī)器轉(zhuǎn)速一致的那個鋼片發(fā)生共振， 有顯 著的振幅。從刻度上讀出這個鋼片的固有頻率，就可以知道機(jī)器的轉(zhuǎn)速。共振篩是利用共振現(xiàn)象制成的。把篩子用四根彈簧支起來，在篩架上安裝一 個偏心輪，就成了共振篩。偏心輪在發(fā)動機(jī)的帶動下發(fā)生轉(zhuǎn)動時，適當(dāng)調(diào)節(jié)偏心 輪的轉(zhuǎn)速，可以使篩子受到的驅(qū)動力的頻率接近篩子的固有頻率， 這時篩子發(fā)生 共振，有顯著的振幅，提高了篩除雜物的效率。實例：共振篩、音箱、小提琴與二胡等樂器設(shè)置共鳴箱、建筑工地上澆鑄混 凝土?xí)r使用的振

10、搗器、跳水運動員做起跳動作的“顛板”過程等。(2)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，而且相差越大越好在某些情況下，共振也可能造成損害。軍隊或火車過橋時，整齊的步伐或車 輪對鐵軌接頭處的撞擊會對橋梁產(chǎn)生周期性的驅(qū)動力，如果驅(qū)動力的頻率接近橋 梁的固有頻率，就可能使橋梁的振幅顯著增大，以致使橋梁發(fā)生斷裂.因此，部 隊過橋要用便步，以免產(chǎn)生周期性的驅(qū)動力.火車過橋要慢開，使驅(qū)動力的頻率 遠(yuǎn)小于橋梁的固有頻率。輪船航行時，如果所受波浪沖擊力的頻率接近輪船左右搖擺的固有頻率，可能使輪船傾覆。這時可以改變輪船的航向和速度，使波浪沖擊力的頻率遠(yuǎn)離輪船 搖擺的固有頻率。機(jī)器運轉(zhuǎn)時，零部件的

11、運動（如活塞的運動、輪的轉(zhuǎn)動）會產(chǎn)生周期性的驅(qū) 動力，如果驅(qū)動力的頻率接近機(jī)器本身或支持物的固有頻率，就會發(fā)生共振，使機(jī)器或支持物受到損壞.這時要采取措施，如調(diào)節(jié)機(jī)器的轉(zhuǎn)速，使驅(qū)動力的頻率 與機(jī)器或支持物的固有頻率不一致。 同樣，廠房建筑物的固有頻率也不能處在機(jī) 器所能引起的振動頻率范圍之內(nèi)。實例：火車過橋時要放慢速度、軍隊過橋時用便步行走、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、機(jī)器運轉(zhuǎn)時為了防止共振要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速總之，在需要利用共振時，應(yīng)使驅(qū)動力的頻率接近或等于振動物體的固有頻 率；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。（三）鞏固訓(xùn)練1、火

12、車在鐵軌上勻速行駛，每根鐵軌長 12.5cm,某旅客在小桌上放了一杯 水，杯中水晃動的固有頻率是 2Hz,當(dāng)火車行駛速度是多少 km/h時，杯中水的 晃動最厲害？（參考答案：90km/h）2、家用洗衣機(jī)的甩干機(jī)關(guān)閉后轉(zhuǎn)速逐漸減小為零的過程中，會發(fā)現(xiàn)有一小 段時間洗衣機(jī)抖動得最厲害。這一現(xiàn)象應(yīng)如何解釋 ？（參考答案：洗衣機(jī)的固有頻率f。小于甩干機(jī)的正常轉(zhuǎn)速n,關(guān)機(jī)后，驅(qū)動 力頻率即甩干機(jī)轉(zhuǎn)速由n減為0的過程中總有某一時刻等于f ,于是發(fā)生共振， 使洗衣機(jī)抖動最厲害）3、一只酒杯，用手指彈一下發(fā)出清脆的聲音，測得其振動的固有頻率為 300Hz,將它放在兩只大功率的音箱中間， 調(diào)整音箱發(fā)音的頻率，能

13、使酒杯碎掉， 這是現(xiàn)象，這時音箱所發(fā)出聲音的頻率為 Hz（參考答案：共振；300）4、如圖所示，兩個質(zhì)量分別為 M和m的小球懸掛在同一根細(xì)繩上，先讓 M 擺動，經(jīng)一段時間系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定后，下面說法中正確的是（ApCD ） 彳A.無論M和m的大小關(guān)系如何，m和M的周期都相等 I 一IB.無論m和M的關(guān)系如何，當(dāng)兩個擺的擺長相等時，白 .m擺的振幅最大,C.懸掛M的細(xì)繩長度變化時，m擺的振幅也發(fā)生變化D.當(dāng)兩個擺長相等時，m擺的振幅可以超過 M罷的振幅5、A、B兩彈簧振子，A固有頻率為f, B固有頻率為4f,若它們均在頻率 為3f的驅(qū)動力作用下做受迫振動，則（B ）A. A的振幅較大，振動頻率為fC

14、. A的振幅較大，振動頻率為3f6、某振動系統(tǒng)的固有頻率如， 迫振動，系統(tǒng)的振動頻率為（B ）A. f 1B. f27、下列說法中正確的是（ACD ）A.實際的自由振動必然是阻尼振動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B. B的振幅較大，振動頻率為3fD. B的振幅較大，振動頻率為4ff 2的驅(qū)動力作用下做受C, f 1+f2D, （f 1 +f 2）/2該振動系統(tǒng)在頻率為D.受迫振動穩(wěn)定后的頻率與自身物理條件無關(guān)8、如圖為一單擺的共振曲線，則該單擺的擺長約為多少？共振時單擺的振幅 多大？共振時擺球的最大加速度和最大速度大小各為多少 ？（參考答案：擺長：L=1m共振時白振幅為A= 8 cm；共振時的最大加速度 為0.08m/s2,最大速度為0.28 m/s）（四）小結(jié)1.物體在外界驅(qū)動力作用下所做的振動叫受迫振動。受迫振動的頻率取決 于驅(qū)動力的頻率；2,共振是受迫振動的特殊情況，當(dāng)驅(qū)動力的頻率接近或等于物體固有頻率 時，受迫振動振幅最大的現(xiàn)象，叫做共振。3.共振在實際中的應(yīng)用，往往是利用