2024-2025學年高中物理第一章機械振動4阻尼振動受迫振動教案1教科版選修3-4VIP

PAGE9-第4節(jié)阻尼振動受迫振動●本節(jié)教材分析本節(jié)從功能關系、動力學、運動學等多角度來探討受迫振動及其特例——共振現象。在教學中應當充分發(fā)揮試驗的作用，使學生理解物體在做受迫振動時其頻率跟驅動力頻率的關系，以及受迫振動的頻率與物體固有頻率接近時振動的特點.另外，在本節(jié)的教學中應留意多舉一些共振在實際中的應用以及避開共振的做法，培育學生理論聯系實際的實力和習慣.●教學目標一、學問目標1.知道什么是阻尼振動和無阻尼振動，并能從能量的觀點賜予說明；2.知道受迫振動的概念．知道受迫振動的頻率等于驅動力的頻率，而跟振動物體的固有頻率無關；3.理解共振的概念，知道常見的共振的應用和危害.二、實力目標1.通過分析實際例子，得到什么是受迫振動和共振現象，培育學生聯系實際，提高視察和分析實力.2.了解共振在實際中的應用和防止，提高理論聯系實際的實力.三、德育目標1.通過共振的應用和防止的教學，滲透一分為二的觀點.2.通過共振產生條件的教學，相識內因和外因的關系.●教學重點1.什么是受迫振動.2.什么是共振及產生共振的條件.●教學難點1.物體發(fā)生共振確定于驅動力的頻率與物體固有頻率的關系，與驅動力大小無關.2.當f驅＝ｆ固時，物體做受迫振動的振幅最大.●教學方法1.試驗演示，總結歸納得到什么是共振及受迫振動的頻率確定于驅動力的頻率.2.多媒體演示、舉例，了解共振的應用和防止.3.學生探討，相識共振曲線的物理意義.●教學用具自制教具、試驗視頻、受迫振動演示儀、共振演示儀.●教學過程用投影片出示本節(jié)課的學習目標：1.知道什么叫驅動力，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動力的頻率，跟物體的固有頻率無關.3.知道什么叫共振，知道共振發(fā)生的條件.4.知道共振的應用和防止.學習目標完成過程：一、導入新課1、視頻不同頻率能夠顯示不同圖案。為什么不同頻率能顯示不同圖案？2、故事唐朝時候洛陽某寺一僧人房中掛著的一件樂器，常常稀里糊涂自動鳴響，僧人因此驚恐成疾，四處求醫(yī)無效。他有一個摯友是朝中管樂器的官員，聞訊特去探望他。這時正好聽見寺里敲鐘聲，那件樂器又隨之作響。于是摯友說：你的病我可以治好，因為我找到你的病根了。只見摯友找到一把鐵銼，在樂器上銼磨幾下，樂器便再也不會自動作響了。為什么樂器不響了？3、試驗試驗器材：同規(guī)格自行車輻條12根、鋼絲鉗、木板40cm﹡20cm、電鉆等。圖5利用自行車輻條探討共振試驗過程：如圖5所示，將12根自行車輻條用鋼絲鉗依次截取18cm、21cm、24cm、27cm的長度各3根。用電鉆在木板隨意鉆十二孔，將輻條插在孔中。當撥動某長度的輻條時，可以發(fā)覺其余兩個同長度的輻條振幅最大，其余的輻條振動很小。為什么長度的輻條振幅最大？學習這節(jié)課就可以解決這兩個問題了。二、新課教學1.什么是阻尼振動?思索兩個問題：（1）敲鼓后鼓皮如何振動？（2）推動后秋千如何振動？學生答：鼓皮和秋千的振幅都是越來越小。播放視頻：阻尼振動的振幅如何改變。得到阻尼振動的圖像。結論：振幅隨時間減小的振動。振動能量轉變成其他能量。無阻尼振動（自由振動）：若系統(tǒng)不受外力作用，也不受任何阻力，只在自身回復力作用下的振動。〖典例1〗關于阻尼振動，以下說法中正確的是（）A．機械能不斷減小B．動能不斷減小C．振幅不斷減小D．肯定不是簡諧運動2.受迫振動思索兩個問題：用什么方法可以得到持續(xù)的振動呢？學生：當秋千蕩到一邊要返回時再用力一推，就可以使秋千持續(xù)蕩來蕩去。當鉤碼要停止振動時，轉動手柄就可以使鉤碼持續(xù)振動。（1）什么是驅動力？學生：用周期性的外力作用于振動系統(tǒng)，補充系統(tǒng)的能量損耗，使系統(tǒng)持續(xù)等幅地振動下去，這種周期性的外力。（2）什么是受迫振動？學生：系統(tǒng)在驅動力作用下的振動。（3）舉例說明生活中的受迫振動？學生：鐘表的搖擺、收音機喇叭紙盆的振動、電磁打點計時器的振針的振動、機器底座在機器運行時的振動、聽到聲音時耳膜的振動（4）受迫振動的頻率等于什么頻率？演示試驗：以不同的頻率轉動搖柄，振子的頻率如何？試驗表明：物體做受迫振動時，振動穩(wěn)定后頻率，跟物體的固有頻率無關。即T=T驅，f=f驅〖典例2〗推斷下列說法中正確的是（）A．阻尼振動肯定是減幅振動B．物體作阻尼振動時，隨著振幅的減小，頻率也不斷減小C．受迫振動穩(wěn)定時的頻率等于驅動力的頻率，與物體的固有頻率無關D．受迫振動的頻率由驅動力和物體的結構特點共同確定（5）物體做受迫振動的振幅是否與物體的固有頻率有聯系呢?一個演示試驗和一個視頻問題：在演示試驗中，拉開球a，看到誰的振幅最大？視頻中兩個振子的振幅會隨著驅動力的頻率改變而改變嗎？學生：C的振幅最大，bd都很小。視頻中兩個振子的振幅會隨著驅動力的頻率改變而改變，會出現振幅最大的狀況。結論：驅動力的頻率等于振動物體的固有頻率時，振幅最大；驅動力的頻率跟固有頻率相差越大，振幅越小。3.共振（1）問：剛才的試驗中，都會出現振幅增大，這是什么現象？學生：共振圖像：圖象的意義：f驅=f固時，振幅有最大值f驅與f固差別越大時，振幅越小問：什么是共振？驅動力的頻率等于物體的固有頻率時，受迫振動的振幅最大，這種現象叫做共振。（2）共振的利用龍洗盆共振篩（3）共振的危害1940年，美國的全長860米的塔柯姆大橋在建成后的4個月就因風的共振而倒塌。1831年，一隊騎兵通過曼切斯特旁邊的一座便橋時，由于馬蹄節(jié)奏整齊，橋梁發(fā)生了共振而斷裂。思索：軍隊如何過橋？火車如何過橋。學生：軍隊要便步走，火車要慢行。結論：利用共振：應使驅動力的頻率靠近或等于振動物體的固有頻率；防止共振：應使驅動力的頻率與物體的固有頻率不同，而且相差越大越好．請學生思索：你會說明樂器為什么響了嗎？你能說明為什么同長度的輻條振幅最大嗎？學生：樂器固有頻率與鐘聲的頻率相同，達到了共振。同長度的輻條固有頻率相同，出現共振。（4）幾種振動的比較振動類型自由振動受迫振動共振受力狀況回復力周期性驅動力的作用周期性驅動力的作用振動周期或頻率由系統(tǒng)性質確定即具有固有周期或頻率由驅動力的周期或頻率確定即T=T驅或f=f驅T驅=T固或f驅=f固振動能量振動物體的機械能不變由產生驅動力的物體供應振動物體獲得的能量最大常見例子彈簧振子或單擺（小于5°）機械工作時底座發(fā)生的振動共振篩、聲音的共鳴例3、如圖，表示兩個單擺m、M懸掛到一根鋼絲上，原來它們都靜止，今使m偏離平衡位置一個小角度，釋放后m做簡諧運動的方向在垂直于紙面的豎直平面里，對M此后的運動狀況，下列說法正確的是（）A、M仍靜止B、M將做受迫振動，周期為C、M將做受迫振動，周期為D、M能發(fā)生共振例4、下列說法中正確的是（）A、某物體做自由振動時，其振動頻率與振幅無關B、某物體做受迫振動時，其振動頻率與固有頻率無關C、某物體發(fā)生共振時的頻率就是其自由振動的頻率D、某物體發(fā)生共振時的振動就是無阻尼振動課堂小結1、阻尼振動：振幅（能量）漸漸減小的振動。2、受迫振動：物體在周期性驅動力作用下的振動。物體做受迫振動時，振動穩(wěn)定后頻率等于驅動力的頻率，跟物體固定頻率無關。3、共振：當驅動力的頻率跟物體固有頻率相等時，受迫的振幅最大。利用共振：驅動力的頻率接近或等于物體固有頻率防止共振：驅動力的頻率與物體固有頻率相差越大越好作業(yè)：鞏固單板書設計：第4節(jié)阻尼振動受迫振動1、阻尼振動：振幅（能