《5 外力作用下的振動》學(xué)習(xí)任務(wù)單

《5外力作用下的振動》學(xué)習(xí)任務(wù)單班級：姓名：小組：層次代號：教師評價：【課程標(biāo)準(zhǔn)與考試要求】在高中物理選修34的學(xué)習(xí)中，對于機(jī)械振動這一板塊，要求學(xué)生理解外力作用下振動的相關(guān)概念，包括受迫振動和共振等。能夠運用相關(guān)知識解決一些簡單的物理問題，例如計算受迫振動的頻率，分析共振現(xiàn)象在實際生活中的應(yīng)用等。在考試中，會以選擇題、填空題或者簡單的計算題形式出現(xiàn)，考查學(xué)生對基本概念的理解和簡單的應(yīng)用能力?！緦W(xué)習(xí)目標(biāo)】1、知識與技能能準(zhǔn)確說出受迫振動的概念，理解受迫振動的頻率特點。掌握共振的概念，能計算共振頻率，并且清楚共振發(fā)生的條件。可以列舉出生活中受迫振動和共振的實例，并用所學(xué)知識進(jìn)行簡單解釋。2、過程與方法通過實驗觀察和分析，培養(yǎng)觀察能力和邏輯思維能力。經(jīng)歷從實際生活現(xiàn)象到物理概念建立的過程，學(xué)會用物理知識解決實際問題的方法。3、情感、態(tài)度與價值觀感受物理知識與生活的緊密聯(lián)系，提高學(xué)習(xí)物理的興趣。體驗科學(xué)探究的樂趣，培養(yǎng)勇于探索、實事求是的科學(xué)態(tài)度。【學(xué)習(xí)重點】1、受迫振動的頻率與驅(qū)動力頻率的關(guān)系。2、共振的概念、條件和特點。【學(xué)習(xí)難點】1、理解共振現(xiàn)象及其產(chǎn)生的條件。2、如何運用共振知識解釋一些復(fù)雜的生活現(xiàn)象?！局R鏈接】1、回顧簡諧運動的概念和特點。簡諧運動是一種理想化的振動模型，像彈簧振子和單擺的小角度擺動在一定條件下都可以近似看成簡諧運動。它的運動方程可以用正弦函數(shù)或者余弦函數(shù)來表示，具有周期性、對稱性等特點。2、了解振動的能量。在振動過程中，動能和勢能相互轉(zhuǎn)化，總機(jī)械能保持不變（在無摩擦等理想情況下）。例如彈簧振子，當(dāng)彈簧壓縮或者拉伸到最大程度時，動能為零，勢能最大；當(dāng)振子經(jīng)過平衡位置時，勢能為零，動能最大?！咀灾鲗W(xué)習(xí)案】一、課前熱身1、先回憶一下之前學(xué)過的簡諧運動。你能簡單說說簡諧運動的回復(fù)力有什么特點嗎？比如說，回復(fù)力的大小和方向是怎么隨物體的位移變化的呢？就像我們之前觀察彈簧振子的時候，彈簧被拉長或者壓縮時，它好像有一種力量想讓振子回到平衡位置，這個力量就是回復(fù)力。2、咱們生活中有很多振動現(xiàn)象，你能舉幾個例子嗎？比如鐘擺的擺動，琴弦的振動。那你有沒有想過這些振動有沒有受到外界的影響呢？二、概念探索1、受迫振動閱讀課本上關(guān)于受迫振動的內(nèi)容，然后試著用自己的話解釋一下什么是受迫振動。給你講個有趣的事兒，我家樓下有個小秋千，每次有小朋友去玩的時候，就會有人在后面推。這個秋千本來是靜止的，但是在小朋友的屁股坐在上面，并且后面有人不斷推（這就相當(dāng)于有個外力作用）的情況下，它就開始有規(guī)律地擺動起來了。這就有點像受迫振動哦。那你從這個例子里能抽象出受迫振動的概念嗎？按照課本上的介紹，做一個簡單的小實驗。找一個小彈簧，在彈簧一端系上一個小物體，然后用手有規(guī)律地上下拉動彈簧的另一端，觀察小物體的振動情況。你會發(fā)現(xiàn)小物體的振動頻率好像和你手拉動的頻率有關(guān)系哦。那你能根據(jù)這個實驗結(jié)果，總結(jié)出受迫振動的頻率特點嗎？2、共振繼續(xù)閱讀課本，了解共振的概念。共振這個詞聽起來是不是有點神秘呢？其實我們在生活中經(jīng)常會遇到。比如說我有一次去看一個合唱團(tuán)的表演，當(dāng)他們唱到某個高音的時候，我突然發(fā)現(xiàn)舞臺上有個小擺件開始劇烈地晃動起來了。后來我才知道，這可能是因為歌聲的頻率剛好和那個小擺件的固有頻率接近了，就發(fā)生了共振現(xiàn)象。那你從這個故事里能不能理解一點共振的概念呢？在課本上找到共振發(fā)生的條件，然后把它寫下來。并且思考一下，如果一個物體的固有頻率是5Hz，那要讓它發(fā)生共振，驅(qū)動力的頻率大概應(yīng)該是多少呢？三、實例分析1、在生活中找一找受迫振動的例子。比如說，手機(jī)振動的時候，它的振動是怎么產(chǎn)生的呢？是不是因為有一個小小的電機(jī)在里面，電機(jī)按照一定的頻率轉(zhuǎn)動，從而讓手機(jī)產(chǎn)生了受迫振動呢？還有汽車在行駛過程中，發(fā)動機(jī)的振動會傳遞到車身，車身也會產(chǎn)生受迫振動。你還能想到其他的例子嗎？把你想到的例子寫下來，并且簡單分析一下其中的驅(qū)動力是什么，以及受迫振動的頻率大概是多少。2、對于共振現(xiàn)象，也找一些生活中的例子。除了我前面說的合唱團(tuán)表演時小擺件晃動的例子，還有很多呢。像軍隊過橋的時候為什么要便步走呢？這就和共振有關(guān)哦。因為如果齊步走的話，腳步的頻率可能會接近橋的固有頻率，就可能會引發(fā)共振，導(dǎo)致橋發(fā)生危險的晃動。你還能找到哪些共振的例子呢？把這些例子詳細(xì)地寫下來，并且解釋清楚其中共振產(chǎn)生的原理。【自學(xué)反思】我的收獲：我學(xué)會了受迫振動和共振的概念，知道了受迫振動的頻率和驅(qū)動力頻率有關(guān)，共振發(fā)生需要驅(qū)動力頻率接近物體的固有頻率。還找到了很多生活中的例子，感覺物理和生活聯(lián)系很緊密。我的疑問：我不太明白在一些復(fù)雜的系統(tǒng)中，怎么準(zhǔn)確地找到物體的固有頻率呢？還有，如果有多個外力同時作用，受迫振動的情況又會變得多么復(fù)雜呢？【互動探究案】一、小組討論1、分成小組，每個小組45個人。每個小組先分享一下自己在自主學(xué)習(xí)過程中找到的受迫振動和共振的例子，然后大家一起討論這些例子是否正確，有沒有分析得準(zhǔn)確到位。2、在小組里討論一下受迫振動和共振之間的聯(lián)系和區(qū)別。比如說，受迫振動是共振的前提嗎？共振是不是受迫振動的一種特殊情況呢？大家可以結(jié)合自己的理解和找到的例子來進(jìn)行討論。二、實驗探究1、小組合作進(jìn)行一個簡單的共振實驗。實驗器材可以用幾個不同長度的擺（可以用細(xì)線和小重物自制），一個可以產(chǎn)生周期性振動的振動源（比如一個小電機(jī)帶動一個偏心輪來產(chǎn)生振動）。把振動源放在擺的附近，然后慢慢調(diào)節(jié)振動源的振動頻率，觀察各個擺的擺動幅度。記錄下每個擺開始劇烈擺動（也就是可能發(fā)生共振）時振動源的頻率。根據(jù)實驗結(jié)果，思考為什么不同長度的擺發(fā)生共振時的頻率不一樣呢？這和擺的固有頻率有什么關(guān)系呢？2、改變實驗條件，比如增加或者減少擺的長度，再重復(fù)上述實驗。觀察實驗結(jié)果有什么變化，并且嘗試用所學(xué)的知識來解釋這些變化。三、問題解決1、有一個彈簧振子，它的固有頻率是10Hz。現(xiàn)在有一個周期性的外力作用在它上面，外力的頻率從5Hz慢慢增加到15Hz。請預(yù)測一下這個彈簧振子的振動幅度會怎么變化呢？并且解釋你的預(yù)測依據(jù)。2、一座橋的固有頻率是20Hz，一輛汽車以一定的速度通過這座橋，汽車發(fā)動機(jī)的振動頻率是18Hz。那么這座橋會發(fā)生共振嗎？如果汽車速度改變，發(fā)動機(jī)的振動頻率也會改變，那么在什么情況下橋可能會發(fā)生共振呢？【小結(jié)】1、受迫振動是在周期性外力（驅(qū)動力）作用下的振動，其振動頻率等于驅(qū)動力的頻率，而與物體的固有頻率無關(guān)。2、共振是一種特殊的受迫振動，當(dāng)驅(qū)動力的頻率接近物體的固有頻率時，物體的振動幅度會急劇增大，此時就發(fā)生了共振現(xiàn)象。共振在生活中有很多應(yīng)用，比如樂器的共鳴箱就是利用共振來增強(qiáng)聲音的響度；但共振也可能會帶來危害，像前面提到的軍隊過橋的例子，如果不注意就可能導(dǎo)致危險?！眷柟逃?xùn)練案】一、選擇題1、關(guān)于受迫振動，下列說法正確的是（）A.是在恒定的外力作用下的振動B.振動頻率可能大于或小于物體的固有頻率C.振動頻率等于物體的固有頻率D.振動頻率總是等于驅(qū)動力的頻率2、下列現(xiàn)象中屬于共振現(xiàn)象的是（）A.雜技演員蕩秋千越蕩越高B.下雨前雷聲隆隆不絕C.機(jī)器運轉(zhuǎn)時底座發(fā)生振動D.一個單擺的擺長為L，擺球質(zhì)量為m，在其擺動過程中，擺線的張力大小會發(fā)生周期性變化二、填空題1、一個彈簧振子的固有頻率為5Hz，如果給它施加一個頻率為8Hz的周期性外力，那么這個彈簧振子做的是______振動，其振動頻率為______Hz。2、某一物體在受到驅(qū)動力作用下做受迫振動，當(dāng)驅(qū)動力的頻率為12Hz時，物體振動的幅度最大，由此可知物體的固有頻率為______Hz。三、簡答題1、請簡述受迫振動和共振的區(qū)別與聯(lián)系。2、舉例說明共振在生活中的利與弊?！緦W(xué)習(xí)反思】我的收獲：通過互動探究和鞏固訓(xùn)練，我對受迫振動和共振的理解更深刻了，也學(xué)會了用所學(xué)知識解決一些實際問題。我的疑問：在解決一些實際問題時，有時候會混淆受迫振動和共振的概念，不知道怎么準(zhǔn)確判斷，該怎么辦呢？【鞏固訓(xùn)練案】一、選擇題1、D受迫振動是在周期性外力（驅(qū)動力）作用下的振動，其振動頻率總是等于驅(qū)動力的頻率，而不是恒定外力作用下的振動，A錯誤，D正確；受迫振動頻率與物體固有頻率無關(guān)，B、C錯誤。2、C雜技演員蕩秋千越蕩越高是因為能量的不斷輸入，A錯誤；下雨前雷聲隆隆不絕是聲音的多次反射造成的，B錯誤；機(jī)器運轉(zhuǎn)時底座發(fā)生振動可能是因為機(jī)器的振動頻率接近底座的固有頻率，發(fā)生了共振，C正確；單擺擺線張力大小周期性變化是因為擺球做圓周運動向心力變化，D錯誤。二、填空題1、受迫，8因為施加了周期性外力，所以做受迫振動，受迫振動的頻率等于驅(qū)動力的頻率，即8Hz。2、12當(dāng)驅(qū)動力頻率等于物體固有頻率時，物體振動幅度最大，所以物體固有頻率為12Hz。三、簡答題1、區(qū)別：受迫振動是在周期性外力（驅(qū)動力）作用下的振動，其振動頻率等于驅(qū)動力的頻率，與物體的固有頻率無關(guān)；而共振是當(dāng)驅(qū)動力的頻率接近物體的固有頻率時，物體振動幅度急劇增大的現(xiàn)象。受迫振動是一種普遍的在驅(qū)動力作用下的振動情況，而共振是受迫振動中的一種特殊情況，只有當(dāng)驅(qū)動力頻率接近固有頻率時才會發(fā)生。聯(lián)系：共振是受迫振動的特殊情況，受迫振動是共振的前提，只有存在受迫振動，才可能有共振現(xiàn)象的發(fā)生。2、利：樂器中的共鳴箱，例如小提琴的琴身，它的固有頻率和琴弦振動的某些頻率接近，當(dāng)琴弦振動時，琴身發(fā)生共振，能夠增強(qiáng)聲音的響度和音色，使