人教版(新教材)高中物理選擇性必修1教學(xué)設(shè)計(jì)2：2 6 受迫振動(dòng) 共振教案

人教版（新教材）高中物理選擇性必修第一冊(cè)PAGEPAGE12.6受迫振動(dòng)共振課題受迫振動(dòng)共振課型新授課課時(shí)數(shù)1課時(shí)教學(xué)目標(biāo)1.知道什么是受迫振動(dòng)，知道受迫振動(dòng)的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率。2.知道什么是共振以及發(fā)生共振的條件。3.知道共振的應(yīng)用和防止的實(shí)例。重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)：1.什么是受迫振動(dòng).2.什么是共振及產(chǎn)生共振的條件難點(diǎn)：1.物體發(fā)生共振決定于驅(qū)動(dòng)力的頻率與物體固有頻率的關(guān)系，與驅(qū)動(dòng)力大小無關(guān).2.當(dāng)f驅(qū)＝f固時(shí)，物體做受迫振動(dòng)的振幅最大。教學(xué)過程主要內(nèi)容備注課堂導(dǎo)入進(jìn)行新課〖預(yù)習(xí)導(dǎo)引〗1.什么是阻尼振動(dòng)?學(xué)生答：實(shí)際的振動(dòng)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(dòng)完全停止，這類振動(dòng)叫阻尼振動(dòng)。2.引入：同學(xué)們，我們知道，物體之所以做阻尼振動(dòng)，是由于機(jī)械能在損耗，那么如果在機(jī)械能損耗的同時(shí)我們不斷地給它補(bǔ)充能量物體的振動(dòng)情形又如何呢?本節(jié)課我們來研究有關(guān)的問題.〖建構(gòu)新知〗1.受迫振動(dòng)(1)演示，用下圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置向下拉一下振子，觀察它的振動(dòng)情況.學(xué)生答：振子做的是阻尼振動(dòng).請(qǐng)一位同學(xué)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)把手，觀察振動(dòng)物體的振動(dòng)情形和剛才有什么不同?學(xué)生答：剛才振子振動(dòng)一會(huì)就停下來,而現(xiàn)在振子能夠持續(xù)地振動(dòng)下去.教師問：使振子能夠持續(xù)振動(dòng)下去的原因是什么?學(xué)生答：是把手給了振動(dòng)系統(tǒng)一個(gè)周期性的力的作用.(2)通過上述演示分析：①作用于振動(dòng)系統(tǒng)，使系統(tǒng)能持續(xù)地振動(dòng)下去的外力叫驅(qū)動(dòng)力.②物體在外界驅(qū)動(dòng)力作用下所做的振動(dòng)叫受迫振動(dòng).(3)教師問：如果我們給系統(tǒng)施加一作用時(shí)間很短的驅(qū)動(dòng)力，系統(tǒng)能持續(xù)地振動(dòng)下去嗎?學(xué)生討論后得到：要想使物體能持續(xù)地振動(dòng)下去，必須給振動(dòng)系統(tǒng)施加一個(gè)周期性的驅(qū)動(dòng)力作用.(4)同學(xué)們想一想：有哪些物體做的是受迫振動(dòng)?學(xué)生答：發(fā)動(dòng)機(jī)正在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)汽車本身的振動(dòng)；正在發(fā)聲的揚(yáng)聲器紙盒的振動(dòng)；飛機(jī)從房屋上飛過時(shí)窗玻璃的振動(dòng)；我們聽到聲音時(shí)耳膜的振動(dòng)等.(5)受迫振動(dòng)的實(shí)例①電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的振針；②工作時(shí)縫紉機(jī)的振針；③揚(yáng)聲器的紙盒；④跳水比賽時(shí)，人在跳板上走過時(shí)，跳板的振動(dòng)；⑤機(jī)器底座在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生的振動(dòng).(6)通過剛才的學(xué)習(xí)，我們知道物體在周期性的驅(qū)動(dòng)力作用下所做的振動(dòng)叫受迫振動(dòng)；那么周期性作用的驅(qū)動(dòng)力的頻率、受迫振動(dòng)的頻率、系統(tǒng)的固有頻率之間有什么關(guān)系呢?①還以上圖中的裝置進(jìn)行如下演示：用不同的轉(zhuǎn)速分別勻速地轉(zhuǎn)動(dòng)把手，觀察振子的振動(dòng)快慢情況.②學(xué)生敘述觀察到的現(xiàn)象：當(dāng)把手轉(zhuǎn)速小時(shí)，振子振動(dòng)較慢；當(dāng)把手轉(zhuǎn)速大時(shí)，振子振動(dòng)較快.③定性總結(jié)：物體做受迫振動(dòng)時(shí)，振子振動(dòng)的快慢隨驅(qū)動(dòng)力變化的快慢而變化.(7)教師：經(jīng)過定量實(shí)驗(yàn)證明①物體做受迫振動(dòng)時(shí)，振動(dòng)穩(wěn)定后的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率.②受迫振動(dòng)的頻率跟物體的固有頻率沒有關(guān)系.2.共振過渡引言：受迫振動(dòng)的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，與物體的固有頻率無關(guān)，但是如果驅(qū)動(dòng)力的頻率接近或等于物體的固有頻率時(shí)又會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象呢?(1)演示實(shí)驗(yàn)(二)①介紹下圖所示的共振演示儀在一根張緊的繩子ab上掛了幾個(gè)擺，其中A、B、C的擺長(zhǎng)相等.②演示：先讓A擺擺動(dòng)，觀察在擺動(dòng)穩(wěn)定后的現(xiàn)象.③學(xué)生描述看到的現(xiàn)象.A擺動(dòng)起來后，B、C、D、E也隨之?dāng)[動(dòng)，但是它們擺動(dòng)的振幅不同，A、B、C擺動(dòng)的振幅差不多，而D擺動(dòng)的振幅最小.(2)出示分析思考題a：A、B、C擺長(zhǎng)相同,意味著它們的固有頻率有什么關(guān)系?根據(jù)是什么?b：B、C、D、E做的是什么振動(dòng)?若是受迫振動(dòng)，驅(qū)動(dòng)力由什么提供?c：據(jù)觀察到的現(xiàn)象可得到什么結(jié)論?(3)學(xué)生討論后回答a：據(jù)和得到，A、B、C三擺的固有頻率相同.b：B、C、D、E做的是受迫振動(dòng)，它們的驅(qū)動(dòng)力都是由先擺起來的A擺提供的.c：據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象得到：驅(qū)動(dòng)力的頻率f′等于振動(dòng)物體的固有頻率f′時(shí)，振幅最大，驅(qū)動(dòng)力的頻率跟固有頻率f′相差越大，振幅越小.(4)通過上述實(shí)驗(yàn)，我們得到：受迫振動(dòng)的振幅A與驅(qū)動(dòng)力的f及振動(dòng)物體的固有頻率之間的關(guān)系有關(guān)，它們之間的這種關(guān)系可用圖象來表示：這個(gè)圖象叫共振曲線.①用多媒體出示共振曲線a：學(xué)生敘述坐標(biāo)軸代表的物理量.縱軸：表示受迫振動(dòng)的振幅.橫軸：表示驅(qū)動(dòng)力的頻率.b：據(jù)圖象特點(diǎn)，學(xué)生敘述受迫振動(dòng)的振幅、驅(qū)動(dòng)力的頻率、物體的固有頻率之間的關(guān)系.當(dāng)驅(qū)動(dòng)力頻率等于物體固有頻率時(shí)，物體振幅最大，驅(qū)動(dòng)力頻率與固有頻率相差越大，物體的振幅越小.②結(jié)論：驅(qū)動(dòng)力的頻率接近物體的固有頻率時(shí)，受迫振動(dòng)的振幅最大，這種現(xiàn)象叫做共振.(5)演示：①介紹實(shí)驗(yàn)用具：兩個(gè)頻率相同的帶有共鳴箱的音叉，放在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上.②先用小槌打擊音叉A的叉股，使它發(fā)聲，過一會(huì)兒，用手按住音叉A的叉股，使A停止發(fā)聲，學(xué)生描述產(chǎn)生的現(xiàn)象.可以聽到?jīng)]被敲響的音叉發(fā)出了聲音.③在音叉的叉股上套上一個(gè)套管，重新做步驟②,學(xué)生描述產(chǎn)生的現(xiàn)象.聽不到音叉B發(fā)出的聲音了.(6)學(xué)生閱讀課文，得到產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因音叉A的叉股被敲時(shí)發(fā)生振動(dòng)，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(dòng)力.①第一次實(shí)驗(yàn)時(shí)，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.②第二次實(shí)驗(yàn)時(shí)，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(shí)B不能產(chǎn)生共振，發(fā)出的聲音很小，甚至聽不到.(7)學(xué)生回答①什么是聲音的共鳴?——(聲音的共振現(xiàn)象叫共鳴)②共鳴箱所起的作用是什么?——使音叉的聲音加強(qiáng).3.共振的應(yīng)用和防止(1)學(xué)生閱讀課文，總結(jié)共振的應(yīng)用和防止的實(shí)例.(2)學(xué)生回答：應(yīng)用的實(shí)例：共振篩、音箱.防止的實(shí)例：火車過橋慢開，控制機(jī)器的轉(zhuǎn)速等.(3)實(shí)例：①應(yīng)用的實(shí)例：a：小提琴、二胡等樂器設(shè)置共鳴箱.b：建筑工地上澆鑄混凝土?xí)r使用的振搗器.c：粒料分離時(shí)使用的共振篩.②防止的實(shí)例：a：軍隊(duì)或火車過橋時(shí)要放慢速度或便步走.b：輪船航行時(shí)要看波浪的打擊方向而改變輪船的航向和速度.c：機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)為了防止共振要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速.(4)學(xué)生通過上述實(shí)例分析，回答：①利用共振時(shí)，應(yīng)如何去做?——(利用共振時(shí)，應(yīng)使驅(qū)動(dòng)力的頻率接近或等于物體的固有頻率)②防止共振時(shí)，應(yīng)如何做?——(在需要防止共振時(shí)，應(yīng)使驅(qū)動(dòng)力的頻率與振動(dòng)物體的固有頻率不同，而且相差越大越好.)中要防止共振?〖知識(shí)運(yùn)用〗1.如圖所示的演示裝置，一根張緊的水平繩上掛著五個(gè)單擺，其中A、E擺長(zhǎng)相同，先使A擺動(dòng)，其余各擺也擺動(dòng)起來，可以發(fā)現(xiàn)振動(dòng)穩(wěn)定后（）A．各擺的固有周期均相同B．各擺振動(dòng)的周期均與A擺相同C．C擺振幅最大D．B擺振動(dòng)周期最小〖解析〗單擺的固有周期由擺長(zhǎng)決定，故除A、E固有周期相同外，其他擺的固有周期都不相同，A錯(cuò)；A擺動(dòng)后，通過水平繩對(duì)周圍的B、C、D、E四個(gè)單擺提供周期性的驅(qū)動(dòng)力，四擺都在同一驅(qū)動(dòng)力作用下運(yùn)動(dòng)，故它們的振動(dòng)周期均與A擺的固有周期相同，B對(duì)，D錯(cuò)；其中E擺發(fā)生共振現(xiàn)象，振幅最大，C錯(cuò)．〖答案〗B2.如圖表示一彈簧振子做受迫振動(dòng)時(shí)的振幅與驅(qū)動(dòng)力頻率的關(guān)系，由圖可知（）A．驅(qū)動(dòng)力頻率為f2時(shí)，振子處于共振狀態(tài)B．驅(qū)動(dòng)力頻率為f3時(shí)，振子振動(dòng)頻率為f3C．假如讓振子自由振動(dòng)，它的頻率為f2D．振子做自由振動(dòng)時(shí)，頻率可以為f1、f2、f3〖解析〗理解共振曲線是關(guān)鍵，驅(qū)動(dòng)力頻率為f2時(shí)彈簧振子的振幅最大，f2也就等于彈簧振子的固有頻率，故振子自由振動(dòng)時(shí)，它的頻率為固有頻率f2，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力頻率為f1、f3時(shí)，彈簧振子只做受迫振動(dòng)，其頻率與振子固有頻率無關(guān)．A、B、C正確．〖答案〗ABC3.如圖所示是用來測(cè)量各種發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速計(jì)原理圖．在同一鐵支架MN上焊有固有頻率依次為80Hz、60Hz、40Hz、20Hz的四個(gè)鋼片a、b、c、d.將M端與正在轉(zhuǎn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)接觸，發(fā)現(xiàn)b鋼片振幅最大，則電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可能為多少？a、b、c、d此時(shí)振動(dòng)頻率分別為多少？〖解析〗鋼片b振幅最大，說明可能發(fā)生了共振現(xiàn)象，根據(jù)共振的條件知，f驅(qū)＝f固＝60Hz，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為60r/s，鋼片a、c、d做的是受迫振動(dòng)，其頻率f迫＝f驅(qū)＝60Hz.〖答案〗60r/s均為60Hz4.部隊(duì)經(jīng)過橋梁時(shí)，規(guī)定不許齊步走；登山運(yùn)動(dòng)員登雪山時(shí)，不許高聲叫喊，主要原因是（）A．減輕對(duì)橋的壓力，避免產(chǎn)生回聲B．減少聲波對(duì)橋、雪山的沖擊力C．避免使橋發(fā)生共振和使雪山發(fā)生共振D．使橋受到的壓力更不均勻，使登山運(yùn)動(dòng)員耗散能量減少〖解析〗部隊(duì)過橋時(shí)如果齊步走，給橋梁施加周期性的外力，容易使橋的振動(dòng)幅度增大，即發(fā)生共振，造成橋梁倒塌．登山運(yùn)動(dòng)員登高山時(shí)(高山上有常年積雪，雪山內(nèi)部溫度較高，有部分雪熔化成了水，對(duì)冰層起潤(rùn)滑作用)高聲叫喊，聲波容易引發(fā)雪山共振而發(fā)生雪崩，故應(yīng)選C.〖答案〗C5.下列說法中正確的是（）A．某物體做自由振動(dòng)時(shí)，其振動(dòng)頻率與振幅無關(guān)B．某物體做受迫振動(dòng)時(shí)，其振動(dòng)頻率與固有頻率無關(guān)C．某物體發(fā)生共振時(shí)的頻率就是其自由振動(dòng)的頻率D．某物體發(fā)生共振時(shí)的振動(dòng)就是無阻尼振動(dòng)〖解析〗由自由振動(dòng)、受迫振動(dòng)、共振的頻率特點(diǎn)可知A、B、C正確．〖答案〗ABC6.鋪設(shè)鐵軌時(shí)，每?jī)筛撥壗涌p處都必須留有一定的間隙，勻速運(yùn)行的列車經(jīng)過軌端接縫處時(shí)，車輪就會(huì)受到一次沖擊．由于每一根鋼軌長(zhǎng)度相等，所以這個(gè)沖擊力是周期性的，列車受到周期性的沖擊做受迫振動(dòng)．普通鋼軌長(zhǎng)為12.6m，列車固有振動(dòng)周期為0.315s．下列說法正確的是（）A．列車的危險(xiǎn)速率為40m/sB．列車過橋需要減速，是為了防止列車發(fā)生共振現(xiàn)象C．列車運(yùn)行的振動(dòng)頻率和列車的固有頻率總是相等的D．增加鋼軌的長(zhǎng)度有利于列車高速運(yùn)行〖解析〗列車在鋼軌上運(yùn)動(dòng)時(shí)，受鋼軌對(duì)它的沖擊力作用做受迫振動(dòng)，當(dāng)列車固有頻率等于鋼軌對(duì)它的沖擊力的頻率時(shí)，列車的振幅最大，因v＝eq\f(l,t)＝40m/s，故A正確；列車過橋做減速運(yùn)動(dòng)，是為了使驅(qū)動(dòng)力頻率遠(yuǎn)小于橋梁固有頻率，防止橋梁發(fā)生共振，而不是列車發(fā)生共振，B、C錯(cuò)誤；增加鋼軌的長(zhǎng)度有利于列車高速運(yùn)行，D對(duì)．〖答案〗AD7.如圖所示，把兩個(gè)彈簧振子懸掛在同一支架上，已知甲彈簧振子的固有頻率為9Hz，乙彈簧振子的固有頻率為72Hz，當(dāng)支架在受到豎直方向且頻率為9Hz的驅(qū)動(dòng)力作用做受迫振動(dòng)時(shí)，則兩個(gè)彈簧振子的振動(dòng)情況是()A．甲的振幅較大，且振動(dòng)頻率為18HzB．甲的振幅較大，且振動(dòng)頻率為9HzC．乙的振幅較大，且振動(dòng)頻率為9HzD．乙的振幅較大，且振動(dòng)頻率為72Hz〖解析〗根據(jù)受迫振動(dòng)發(fā)生共振的條件可知甲的振幅較大，因?yàn)榧椎墓逃蓄l率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，做受迫振動(dòng)的物體的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，所以B選項(xiàng)正確．〖答案〗B8.研究單擺受迫振動(dòng)規(guī)律時(shí)得到如圖所示的圖象，則下列說法不正確的是（）A．其縱坐標(biāo)為位移B．其縱坐標(biāo)為振幅C．單擺的固有周期為2sD．圖象的峰值表示共振時(shí)的振