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1、1 受迫振动共振教案 从容说课 本节内容讲述机械振动的一种情况受迫振动及其特例共振.在前面几节教学中, 我们从运动学、 能量的角度对机械振动中最简单的简谐运动作了探讨, 本节我们将从运动学、 能量、动力学各个角度来综合分析机械振动中的受追振动. 受迫振动并不是无条件的运动, 它要在周期性驱动力作用下才会发生. 并且驱动力的频率越接近固有频率. 受迫振动的振幅 就越大当驱动力频率与固有频率相等时振幅最大， 这种现象叫共振共振现象在生活 中时有发生有时带来好处，有时却给人们造成危害学习本节内容，对于我们利用共振的 益处而防止共振的危害具有重要的理论指导作用所以仍需认真学习 鉴于本节内容的特点，本节
2、的教学目标定位如下： 1.知道什么是受迫振动 2.知道受迫振动频率的决定因素 3.知道产生共振的条件 4.知道共振的应用和防止方法 对本节课的教学重点定位如下： 1.了解受迫振动的定义 2.知道共振现象的产生条件 对本节的教学难点定位如下： 1.理解共振与受迫振动的关系 2.理解共振与驱动力的关系 对本节的教学方法做以下安排： 1.对受迫振动概念的理解采用实验分析 归纳总结物理规律的教学方法 2. 对共振应用和防止的教学采用录像、多媒体辅助相结合的方法, 以激发学习兴趣 对本节的教学程序设定如下： 复习提问新课导入实验演示，分析、归纳、总结指导性自学自学检测小结 教学目标 一、知识目标 1.知
3、道受迫振动的概念 2.知道受迫振动频率的决定因素 3.知道产生共振的条件 4.知道共振应用和防止的方法 二、能力目标 1.培养学生从现象中分析、归纳规律的学习能力 2.培养学生对所学知识的应用能力 三、德育目标 1. 通过对受迫振动及共振概念的教学培养学生树立“透过现象看本质”的科学观 2. 通过对共振危害的学习，培养学生居安思危的安全意识 教学重点 1.知道什么是受迫振动 2.知道共振的产生条件 教学难点 1.理解共振与受迫振动的关系 2.理解共振与驱动力的关系 2 教学方法 1对概念教学采用实验演示、分析、归纳相结合的教学方法 2对共振应用和防止的教学采用指导性自学与录像、多媒体教学相结合
4、的教学方法 教学用具 投影片、录像片断、CAI 课件，受迫振动演示仪、音叉、单摆共振演示仪 课时安排 l课时 教学过程 一、导入新课 1复习提问 简谐运动的能量是否守恒?如何转化 ? 什么叫阻尼振动，其振幅、能量随时问如何变化? 学生回答问题，教师根据回答情况给予评价，并对上述问题简要总结 简谐运动在运动过程中的能量是守恒的对于弹簧振子， 能量在动能和弹性势能之间 相互转换， 能量总量不变；对于单摆，能量在动能和重力势能之间相互转换，能量的总量保 持不变 阻尼振动是指在振动过程中振幅不断减小的振动其振幅和能量随着时间的延长在变 小，最后停止振动 2新课导入 前面我们从运动学、能量的角度对机械振
5、动中的简谐运动进行了学习今天， 我们一起 来学习机械振动中的另一种运动受迫振动及其特例共振 二、新课教学 ( 一) 受迫振动 基础知识 请学生阅读课文第一部分，思考下列问题： 投影出示 1. 什么是阻尼振动? 2. 什么是驱动力? 3. 驱动力的作用是什么? 4. 什么是受迫振动? 5. 受迫振动与阻尼振动有何关系? 学生阅读课文后，得出结论： 1.振幅不断减小的振动叫阻尼振动 2.维持阻尼振动时的周期性施加的外力叫驱动力 3.驱动力的作用是给阻尼振动补充能量以维持振动继续 4.物体在外界驱动力作用下的振动叫受迫振动 5.受迫振动一般是阻尼振动。但阻尼振动不一定是受迫振动 深入探究 实验一：让
6、竖直弹簧振子在竖直方向运动，并测出其周期 实验二：匀速转动手柄。 给竖直弹簧振子周期性地施加驱动力，测量此时该振子的周期 实验三：改变转动手柄的速度，但仍保持匀速，测定此时振子的周期 学生观察、测试完毕后，讨论下列问题： 投影片出示 1. 实验测得该弹簧振子的周期是多少? 3 2. 从实验二中测得的周期是多少? 3. 从实验三中测得的周期是多少? 4. 哪个周期是振子的固有周期? 5. 从实验二、实验三来看，振子的周期与转动手柄之间有何关系? 学生测量、讨论后得出结论： l 、2、3 三个问题实际教学时作答 4. 从实验一中测得的周期是弹簧振子的固有周期 5. 从实验二、 实验三的观测和测量来
7、看振子振动的周期与匀速转动手柄的周期是一样 的即手柄每转一圈，振子完成一次全振动 教师总结 从上述实验可以看到：物体做受迫振动时振动稳定后的频率等于驱动力的频率跟物 体的固有频率无关 基础知识应用 用长为 10 cm的线拴一小球, 手捏线的一端使其在竖直平面内摆动. 若手每隔0.5 s 左右 匀速晃动一次，则： (1) 小球摆动的固有周期为多少? (2) 小球实际摆动的周期为多少?(g=10 m s。) 参考答案 (1)0.6 s (2)0.5 s ( 二) 共振 基础知识 请同学们阅读课文。思考下列问题： 投影出示 1. 什么叫共振 ? 2. 共振与受迫振动有何关系? 学生阅读后得出结论：
8、1. 当驱动力频率接近物体固有频率时，物体所做的受迫振动的振幅最大，这种现象叫 共振。 2. 共振是受迫振动中的一种特殊情况 深入探究 用右图所示的单摆共振演示仪完成下列实验： 实验一：把D拉离平衡位置, 放手后使其在竖直面内摆动. 实验二：把A拉离平衡位置, 放手后使其在竖直面内摆动. 实验三：把E拉离平衡位置, 放手后使其在竖直面内摆动. 学生观察实验后回答下列问题： 1.描述实验一看到的现象 2.描述实验二所观察到的现象 3.描述实验三所观察到的现象 4.五个小球的固有频率有何关系? 4 5.三个实验中小球都做什么运动? 6.从三个实验中你得到什么结论? 学生观察、讨论后得出结论 1.从
9、实验一可以看到：D球开始摆动后. 其余小球跟着开始摆动.A、B、C三球的振幅比E 球的振幅大 ( 看偏角 ) 但 A、B、 C、E四球的频率与D球相同 2.从实验二中可以看到：A球开始摆动后, 其余小球跟着开始摆动,B 、C两球的振幅比D、 E两球大 B、C两球振幅差别不明显.D、E两球振幅的差别也不明显. 但 B、C、D、E四球的 频率与 A球相同 3. 从实验三中可以看到：E球开始振动后其余小球跟着开始振动，A 、B、C三球振幅差 别不大 . 但部大于D球，同时A、 B、C、D四球振动的频率与E球相同 4. 五个小球若单独运动时都可看作单摆, 由单摆周期公式： g l T2知; TDTA=
10、TB=TCTE. 即:f EfA=fB=fCfD 5. 在上述三个实验中除开始振动的小球外，其余小球都做受迫振动，其驱动力来源于开 始摆动的小球施加在横线上的力 6. 从上述三个实验可知： 物体做受迫运动时其振幅和本身固有频率与驱动力的频率有关当驱动力频率与固 有；频率相差较大时、振幅较小，当驱动力的频率与固有频率相差较小时，振幅较大； 当驱动力的频率与固有频率相等时, 振幅最大 教师总结 从上面实验可知： (1)当驱动力频率和固有频率相等或非常接近时, 物体振幅最大， 我们把受迫振动的这种 现象叫共振 (2)发生共振的条件是：驱动力的频率接近或等于物体的固有频率 基础知识应用 1.在火车车厢
11、里用悬线吊一个小球，由于铁轨接合处的震动使球摆动如果铁轨长 12.5 m ，线长 40 cm，那么当火车的速度达 ms 时，球摆动的振幅最大? 2.如图为一单摆的共振曲线. 则该单摆的摆长约为多少?共振时单摆的振幅是多 少?(g=10 m s。) 参考答案 1. 解：当摆球与火车发生共振时。球摆动的振幅最大, 摆球做受迫振动, 驱动力的频率 即为火车与铁轨接合处相撞击的频率： 由共振条件知：f 驱=f固即 T驱=T固 而:T 驱= v L 又 T固= g l 2 5 所以 v L = g l 2, v= g l 2 1 =10m/s 2.解：由共振条件可知：f驱=f固. 由共振曲线知f驱=O.
12、5 Hz 时单摆振幅最大, 发生了共 振则： f 固=O.5 Hz ，所以 T固=2 s 又由 T固= g l 2知 l=m gT 1 2 2 4 固 由共振曲线知：共振时A=l0 cm ( 三) 声音的共鸣 基础知识 演示共鸣实验： 实验一：拿两个相同音叉，靠近放在一起, 打击 A一下后 , 停会儿用手按住A 实验二：把音叉插在共鸣箱上, 重复上述实验 实验三：在B音叉上套一皮套, 重复上述实验 学生观察时思考下列问题： 1.描述上面各实验的现象 2.为什么实验二中B的声音比实验一的大? 3.为什么实验一、二B音叉发声而实验三不发声 学生观察思考后得出结论： 1. 从实验一中可以听到B的声音
13、 , 说明 B音叉发生了振动 从实验二中可以听到B的声音，且声音比实验一的大, 说明 B音叉振动比实验一中要强一些 从实验三中发现，此时B音叉并没有发音说明B没有振动或振动很弱 2. 在实验二中 ,B 音叉之所以发出的声音大其原因是共鸣箱的空气与音叉的振动发生 了共振 , 使声音得以加强 3. 实验三中 , 在 B音叉上套了皮套, 改变了 B音叉的固有频率, 使之不能与A音叉发生共 振, 所以听不到B音叉的声音 深入探究 请同学们讨论下面问题： B音叉与 A音叉发生共振时，其驱动力来源于哪儿? 讨论后得出结论： A叉股振动后 , 推动周围空气发生振动, 当 B音叉周围空气开始振动后, 就会周期
14、性地对 B音叉的叉股施加驱动力, 使 B音叉的叉股发生振动, 产生声音 教师总结 我们把实验中声音发生共振的这种现象叫声音的共鸣 基础知识应用 试用所学知识解释二胡下面共鸣箱的作用 ( 四) 共振的应用与防止 基础知识 请学生阅读课文，回答下列问题： 列举共振应用实例 2. 列举共振防止实例 学生阅读后得出结论： 1. 应用共振的实例有： 乐器的共鸣箱 测量机器转速 6 共振筛 2. 防止共振的实例有： 过桥时要走便步 轮船在有波浪的海面行驶时。改变航向来避免共振发生 机器运转时为防止共振而调整转速 深入探究 1.应用共振的物理原理是什么? 2.防止共振的物理原理是什么? 学生讨论后回答： 1.应用共振时应使驱动力的频率尽量靠近物体的固有频率 2.防止共振时应使驱动力的频率尽量远离物体的固有频率 教师总结 共振现象对我们的生活有利也有害所以我们要养成一分为二看问题的习惯 基础知识应用 试分析洗衣机在停止转动的过程中，为什么会在一段时间内抖动得很厉害? 三、小结 通过本节学习我们知道： (1)受迫振动的频率由驱动力的频率来决定 (2) 当 f驱=f固时受迫振动发生共振现象 四、作业 完成课后作业 复习本章内容 完成课后共振小实验 五、板书设计