《5 外力作用下的振動(dòng)》學(xué)習(xí)任務(wù)單

《5外力作用下的振動(dòng)》學(xué)習(xí)任務(wù)單班級(jí)：姓名：小組：層次代號(hào)：教師評(píng)價(jià)：【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(duì)于機(jī)械振動(dòng)這一板塊，要求學(xué)生理解外力作用下振動(dòng)的相關(guān)概念，包括受迫振動(dòng)和共振等。能夠運(yùn)用相關(guān)知識(shí)解決一些簡單的物理問題，例如計(jì)算受迫振動(dòng)的頻率，分析共振現(xiàn)象在實(shí)際生活中的應(yīng)用等。在考試中，會(huì)以選擇題、填空題或者簡單的計(jì)算題形式出現(xiàn)，考查學(xué)生對(duì)基本概念的理解和簡單的應(yīng)用能力。【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1、知識(shí)與技能能準(zhǔn)確說出受迫振動(dòng)的概念，理解受迫振動(dòng)的頻率特點(diǎn)。掌握共振的概念，能計(jì)算共振頻率，并且清楚共振發(fā)生的條件?？梢粤信e出生活中受迫振動(dòng)和共振的實(shí)例，并用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行簡單解釋。2、過程與方法通過實(shí)驗(yàn)觀察和分析，培養(yǎng)觀察能力和邏輯思維能力。經(jīng)歷從實(shí)際生活現(xiàn)象到物理概念建立的過程，學(xué)會(huì)用物理知識(shí)解決實(shí)際問題的方法。3、情感、態(tài)度與價(jià)值觀感受物理知識(shí)與生活的緊密聯(lián)系，提高學(xué)習(xí)物理的興趣。體驗(yàn)科學(xué)探究的樂趣，培養(yǎng)勇于探索、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度?！緦W(xué)習(xí)重點(diǎn)】1、受迫振動(dòng)的頻率與驅(qū)動(dòng)力頻率的關(guān)系。2、共振的概念、條件和特點(diǎn)?！緦W(xué)習(xí)難點(diǎn)】1、理解共振現(xiàn)象及其產(chǎn)生的條件。2、如何運(yùn)用共振知識(shí)解釋一些復(fù)雜的生活現(xiàn)象。【知識(shí)鏈接】1、回顧簡諧運(yùn)動(dòng)的概念和特點(diǎn)。簡諧運(yùn)動(dòng)是一種理想化的振動(dòng)模型，像彈簧振子和單擺的小角度擺動(dòng)在一定條件下都可以近似看成簡諧運(yùn)動(dòng)。它的運(yùn)動(dòng)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(duì)稱性等特點(diǎn)。2、了解振動(dòng)的能量。在振動(dòng)過程中，動(dòng)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(shí)，動(dòng)能為零，勢能最大；當(dāng)振子經(jīng)過平衡位置時(shí)，勢能為零，動(dòng)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(yùn)動(dòng)。你能簡單說說簡諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力有什么特點(diǎn)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(shí)候，彈簧被拉長或者壓縮時(shí)，它好像有一種力量想讓振子回到平衡位置，這個(gè)力量就是回復(fù)力。2、咱們生活中有很多振動(dòng)現(xiàn)象，你能舉幾個(gè)例子嗎？比如鐘擺的擺動(dòng)，琴弦的振動(dòng)。那你有沒有想過這些振動(dòng)有沒有受到外界的影響呢？二、概念探索1、受迫振動(dòng)閱讀課本上關(guān)于受迫振動(dòng)的內(nèi)容，然后試著用自己的話解釋一下什么是受迫振動(dòng)。給你講個(gè)有趣的事兒，我家樓下有個(gè)小秋千，每次有小朋友去玩的時(shí)候，就會(huì)有人在后面推。這個(gè)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(gè)外力作用）的情況下，它就開始有規(guī)律地?cái)[動(dòng)起來了。這就有點(diǎn)像受迫振動(dòng)哦。那你從這個(gè)例子里能抽象出受迫振動(dòng)的概念嗎？按照課本上的介紹，做一個(gè)簡單的小實(shí)驗(yàn)。找一個(gè)小彈簧，在彈簧一端系上一個(gè)小物體，然后用手有規(guī)律地上下拉動(dòng)彈簧的另一端，觀察小物體的振動(dòng)情況。你會(huì)發(fā)現(xiàn)小物體的振動(dòng)頻率好像和你手拉動(dòng)的頻率有關(guān)系哦。那你能根據(jù)這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，總結(jié)出受迫振動(dòng)的頻率特點(diǎn)嗎？2、共振繼續(xù)閱讀課本，了解共振的概念。共振這個(gè)詞聽起來是不是有點(diǎn)神秘呢？其實(shí)我們在生活中經(jīng)常會(huì)遇到。比如說我有一次去看一個(gè)合唱團(tuán)的表演，當(dāng)他們唱到某個(gè)高音的時(shí)候，我突然發(fā)現(xiàn)舞臺(tái)上有個(gè)小擺件開始劇烈地晃動(dòng)起來了。后來我才知道，這可能是因?yàn)楦杪暤念l率剛好和那個(gè)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(gè)故事里能不能理解一點(diǎn)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(gè)物體的固有頻率是5Hz，那要讓它發(fā)生共振，驅(qū)動(dòng)力的頻率大概應(yīng)該是多少呢？三、實(shí)例分析1、在生活中找一找受迫振動(dòng)的例子。比如說，手機(jī)振動(dòng)的時(shí)候，它的振動(dòng)是怎么產(chǎn)生的呢？是不是因?yàn)橛幸粋€(gè)小小的電機(jī)在里面，電機(jī)按照一定的頻率轉(zhuǎn)動(dòng)，從而讓手機(jī)產(chǎn)生了受迫振動(dòng)呢？還有汽車在行駛過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)會(huì)傳遞到車身，車身也會(huì)產(chǎn)生受迫振動(dòng)。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(dòng)力是什么，以及受迫振動(dòng)的頻率大概是多少。2、對(duì)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(shí)小擺件晃動(dòng)的例子，還有很多呢。像軍隊(duì)過橋的時(shí)候?yàn)槭裁匆悴阶吣兀窟@就和共振有關(guān)哦。因?yàn)槿绻R步走的話，腳步的頻率可能會(huì)接近橋的固有頻率，就可能會(huì)引發(fā)共振，導(dǎo)致橋發(fā)生危險(xiǎn)的晃動(dòng)。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?！咀詫W(xué)反思】我的收獲：我學(xué)會(huì)了受迫振動(dòng)和共振的概念，知道了受迫振動(dòng)的頻率和驅(qū)動(dòng)力頻率有關(guān)，共振發(fā)生需要驅(qū)動(dòng)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(gè)外力同時(shí)作用，受迫振動(dòng)的情況又會(huì)變得多么復(fù)雜呢？【互動(dòng)探究案】一、小組討論1、分成小組，每個(gè)小組45個(gè)人。每個(gè)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(dòng)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(dòng)和共振之間的聯(lián)系和區(qū)別。比如說，受迫振動(dòng)是共振的前提嗎？共振是不是受迫振動(dòng)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(shí)驗(yàn)探究1、小組合作進(jìn)行一個(gè)簡單的共振實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)器材可以用幾個(gè)不同長度的擺（可以用細(xì)線和小重物自制），一個(gè)可以產(chǎn)生周期性振動(dòng)的振動(dòng)源（比如一個(gè)小電機(jī)帶動(dòng)一個(gè)偏心輪來產(chǎn)生振動(dòng)）。把振動(dòng)源放在擺的附近，然后慢慢調(diào)節(jié)振動(dòng)源的振動(dòng)頻率，觀察各個(gè)擺的擺動(dòng)幅度。記錄下每個(gè)擺開始劇烈擺動(dòng)（也就是可能發(fā)生共振）時(shí)振動(dòng)源的頻率。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，思考為什么不同長度的擺發(fā)生共振時(shí)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(shí)驗(yàn)條件，比如增加或者減少擺的長度，再重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果有什么變化，并且嘗試用所學(xué)的知識(shí)來解釋這些變化。三、問題解決1、有一個(gè)彈簧振子，它的固有頻率是10Hz。現(xiàn)在有一個(gè)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(gè)彈簧振子的振動(dòng)幅度會(huì)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(dòng)機(jī)的振動(dòng)頻率是18Hz。那么這座橋會(huì)發(fā)生共振嗎？如果汽車速度改變，發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)頻率也會(huì)改變，那么在什么情況下橋可能會(huì)發(fā)生共振呢？【小結(jié)】1、受迫振動(dòng)是在周期性外力（驅(qū)動(dòng)力）作用下的振動(dòng)，其振動(dòng)頻率等于驅(qū)動(dòng)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(dòng)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率接近物體的固有頻率時(shí)，物體的振動(dòng)幅度會(huì)急劇增大，此時(shí)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(huì)帶來危害，像前面提到的軍隊(duì)過橋的例子，如果不注意就可能導(dǎo)致危險(xiǎn)?！眷柟逃?xùn)練案】一、選擇題1、關(guān)于受迫振動(dòng)，下列說法正確的是（）A.是在恒定的外力作用下的振動(dòng)B.振動(dòng)頻率可能大于或小于物體的固有頻率C.振動(dòng)頻率等于物體的固有頻率D.振動(dòng)頻率總是等于驅(qū)動(dòng)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(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)底座發(fā)生振動(dòng)D.一個(gè)單擺的擺長為L，擺球質(zhì)量為m，在其擺動(dòng)過程中，擺線的張力大小會(huì)發(fā)生周期性變化二、填空題1、一個(gè)彈簧振子的固有頻率為5Hz，如果給它施加一個(gè)頻率為8Hz的周期性外力，那么這個(gè)彈簧振子做的是______振動(dòng)，其振動(dòng)頻率為______Hz。2、某一物體在受到驅(qū)動(dòng)力作用下做受迫振動(dòng)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率為12Hz時(shí)，物體振動(dòng)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(dòng)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(dòng)探究和鞏固訓(xùn)練，我對(duì)受迫振動(dòng)和共振的理解更深刻了，也學(xué)會(huì)了用所學(xué)知識(shí)解決一些實(shí)際問題。我的疑問：在解決一些實(shí)際問題時(shí)，有時(shí)候會(huì)混淆受迫振動(dòng)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(dòng)是在周期性外力（驅(qū)動(dòng)力）作用下的振動(dòng)，其振動(dòng)頻率總是等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，而不是恒定外力作用下的振動(dòng)，A錯(cuò)誤，D正確；受迫振動(dòng)頻率與物體固有頻率無關(guān)，B、C錯(cuò)誤。2、C雜技演員蕩秋千越蕩越高是因?yàn)槟芰康牟粩噍斎?，A錯(cuò)誤；下雨前雷聲隆隆不絕是聲音的多次反射造成的，B錯(cuò)誤；機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)底座發(fā)生振動(dòng)可能是因?yàn)闄C(jī)器的振動(dòng)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?yàn)閿[球做圓周運(yùn)動(dòng)向心力變化，D錯(cuò)誤。二、填空題1、受迫，8因?yàn)槭┘恿酥芷谛酝饬Γ宰鍪芷日駝?dòng)，受迫振動(dòng)的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，即8Hz。2、12當(dāng)驅(qū)動(dòng)力頻率等于物體固有頻率時(shí)，物體振動(dòng)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(dòng)是在周期性外力（驅(qū)動(dòng)力）作用下的振動(dòng)，其振動(dòng)頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，與物體的固有頻率無關(guān)；而共振是當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率接近物體的固有頻率時(shí)，物體振動(dòng)幅度急劇增大的現(xiàn)象。受迫振動(dòng)是一種普遍的在驅(qū)動(dòng)力作用下的振動(dòng)情況，而共振是受迫振動(dòng)中的一種特殊情況，只有當(dāng)驅(qū)動(dòng)力頻率接近固有頻率時(shí)才會(huì)發(fā)生。聯(lián)系：共振是受迫振動(dòng)的特殊情況，受迫振動(dòng)是共振的前提，只有存在受迫振動(dòng)，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(dòng)的某些頻率接近，當(dāng)琴弦振動(dòng)時(shí)，琴身發(fā)生共振，能夠增強(qiáng)聲音的響度和音色，使