高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册第二章 机械振动6 受迫振动 共振优秀教学设计

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册第二章 机械振动6 受迫振动 共振优秀教学设计，共6页。教案主要包含了固有周期和固有频率，阻尼振动，受迫振动，共 振，共振的防止和应用等内容，欢迎下载使用。


课题
受迫振动
单元
2
学科
物理
年级
高二
教材分析
阻尼振动与受迫振动是外力作用下的振动，为了与之区别，本节首先闸述振动系统没有受到外力作用时的固有振动，此时的频率称为固有频率。然后从振动图像和能量的角度分析阻尼振动，再介绍受迫振动，以及共振现象和共振曲线。
教材将阻尼振动、受迫振动、共振三个概念放在一起，目的在于使学生能够很好地通过比较来认识这几种振动。阻尼振动、受迫振动都属于外力作用下的振动。阻尼振动的外力是阻力，做功将消耗系统的机械能。受迫振动的外力既有阻力，又有驱动力，驱动力做的正功将补偿阻力做的负功，振动能够稳定存在。共振是受迫振动的一种特殊情况， 此时驱动力频率等于固有频率，驱动力做正功，且明显大于阻力做的负功，系统机械能在不断增大，导致振幅也明显增大，达到共振。从外力做功和能量转化角度来分析这几种振动是学习本节的基本思路。
认识固有频率、驱动力频率与振动频率之间的区别和联系是认识受迫振动特点的关键，也是认识共振现象的前提。对阻尼振动和受迫振动的认识进一步丰富了学生的运动与相互作用观。本节的难点是认识固有频率、驱动力频率与振动频率之间的区别和联系，以及认识生活中相关现象的振动特点，重点是了解发生共振现象的条件及用相关知识解释实例。
教学目标与核心素养
1、知道什么是阻尼振动和受迫振动，会用能量观点分析阻尼振动的振幅变化和受迫振动的共振现象。
2、通过实验认识固有频率、驱动力频率与振动频率之间的区别和联系，了解产生共振的条件，认识共振是受迫振动的种特殊情况。
3、能够根据实际生活中的振动特点，应用振动的规律解释与解决相关问题。
物理观念：知道什么是阻尼振动，什么叫驱动力，什么叫受迫振动。
科学思维：能举出受迫振动的实例，知道受迫振动的频率由驱动力的频率决定。
科学探究：知道什么是共振以及发生共振的条件。
科学态度与价值观：在问题分析探究的过程中，培养学生独立思考的能力，养成能量守恒的物理思想。
重点
知道什么是共振以及发生共振的条件。
难点
知道什么是共振以及发生共振的条件。
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课
“洗”是古代盥洗用的脸盆，多用青铜铸成，现代亦有许多仿制的工艺品。倒些清水在其中，用手掌慢慢摩擦盆耳，盆就会发出嗡嗡声，到一定节奏时还会溅起层层水花。这是为什么?
观看“洗”的相关视频。

通过明显的演示实验现象，吸引学生的注意力，已发学生思考，引出新课。
讲授新课
一、固有周期和固有频率
物体的振动周期与频率由振动物体本身性质决定的，与振幅无关。
如：弹簧振子: 单摆：
固有振动：振动系统不受外力作用的振动
固有周期：固有振动的周期T0
固有频率：固有振动的频率f0
二、阻尼振动
1、演示
2、阻尼振动：振幅逐渐减小的振动
3、阻尼振动的图像：
4、振动系统受到的阻尼越大，振幅减小得越快，阻尼过大时，系统将不能发生振动。
5、实际的自由振动一定是阻尼振动
三、受迫振动
用什么方法才能得到持续的振动呢？
1、驱动力：
作用在振动系统上的周期性外力
2、受迫振动：
系统在驱动力作用下的振动
3、受迫振动的特点：
受迫振动的频率总等于驱动力的频率，与系统的固有频率无关。
四、共 振（演示）
当驱动力的频率与系统的固有频率接近时会出现什么现象？
1、共振曲线
2、共振
驱动力的频率等于系统的固有频率时，受迫振动的振幅最大，这种现象叫做共振。
驱动力的频率与系统的固有频率相差越少，振幅越大，相差越多，振幅越小。
五、共振的防止和应用
共振现象在生活中有哪些应用？
1、防止：（演示）
使驱动力的频率与物体的固有频率不同，而且相差越大越好。
2、应用：（演示）
使驱动力的频率接近或等于振动物体的固有频率。
课堂练习1、(多选)下列关于共振和防止共振的说法,正确的是 ( )
A.共振现象总是有害的,所以要避免共振现象发生
B.队伍过桥要慢行是为了不产生周期性的驱动力,从而避免产生共振
C.火车过桥慢行是为了使驱动力的频率远小于桥的固有频率,从而避免产生共振
D.利用共振时,应使驱动力的频率接近或等于振动物体的固有频率;防止共振危害时,应使驱动力的频率远离振动物体的固有频率
答案：CD
小组讨论：对比简谐运动、阻尼振动、受迫振动
课堂练习2、(多选)单摆做阻尼振动的振动图像如图所示,下列说法正确的是 ( )
A.摆球在A时刻的动能等于B时刻的动能
B.摆球在A时刻的势能等于B时刻的势能
C.摆球在A时刻的机械能等于B时刻的机械能
D.摆球在A时刻的机械能大于B时刻的机械能
解析:在单摆振动过程中,因不断克服空气阻力做功使机械能逐渐转化为内能,故选项C错误,选项D正确;虽然单摆总的机械能在逐渐减小,但在振动过程中动能和重力势能仍在不断地相互转化,由于A、B两时刻,单摆的位移相等,所以重力势能相等,但动能不相等,故选项A错误,选项B正确。
答案：BD
阅读课本，找出“固有周期”和“固有频率”的概念。
阅读课本，知道什么叫做阻尼振动。
观察演示实验后，尝试画出阻尼振动的图像。
观察受迫振动现象，总结其特点。
通过实验现象，总结共振的特点。
了解工作在日常生活中的应用和防止。
小组讨论，完成表格。
让学生自主学习，培养学生总结归纳能力。
通过阅读课本和演示实验，让学生更直观的感受到什么是阻尼振动。
通过实验观察，让学生通过现象发现规律，总结规律。
总结规律，找出特点。
通过小组讨论，完成表格，加深对基础知识的理解和应用。
拓展提高
1、(多选)单摆在空气中做阻尼振动,下列说法正确的是 ( )
A.振动的机械能逐渐转化为其他形式的能量
B.后一时刻摆球的动能一定比前一时刻小
C.后一时刻摆球的势能一定比前一时刻小
D.后一时刻摆球的机械能一定比前一时刻小
解析:由于单摆在空气中做阻尼振动,克服空气、摩擦阻力做功,使机械能不断减少而转化为内能。后一时刻的动能和势能不一定比前一时刻小,但后一时刻摆球的机械能一定比前一时刻小。
答案：AD
2、(多选)下列说法正确的是( )
A.实际的自由振动一定是阻尼振动
B.在外力作用下的振动是受迫振动
C.阻尼振动的振幅越来越小
D.受迫振动稳定后的频率与振动系统自身物理条件无关
解析:实际的自由振动,必须不断克服外界阻力做功而消耗能量,振幅会逐渐减小,所以必然是阻尼振动,故选项A、C正确;只有在周期性外力(驱动力)作用下的物体所做的振动才是受迫振动,故选项B错误;受迫振动稳定后的频率由驱动力的频率决定,与自身物理条件无关,故选项D正确。
答案：ACD
3、在一根张紧的水平绳上悬挂五个摆,其中A、E的摆长为l,B的摆长为0.5l,C的摆长为1.5l,D的摆长为2l。先使A振动起来,其他各摆随后也振动起来,则在B、C、D、E四个摆中,振幅最大的是( )
A.B B.C C.D D.E
解析:A振动起来以后,B、C、D、E四个摆均做受迫振动,其中E的摆长与A的摆长相等,即固有周期相等,故E摆满足共振的条件,其振幅最大。
答案：D
4、(多选)一洗衣机脱水桶在正常工作时非常平稳,当切断电源后,发现洗衣机先是振动越来越剧烈,然后振动再逐渐减弱。对这一现象,下列说法正确的是( )
A.正常工作时,洗衣机脱水桶的运转频率比洗衣机的固有频率大
B.正常工作时,洗衣机脱水桶的运转频率比洗衣机的固有频率小
C.正常工作时,洗衣机脱水桶的运转频率等于洗衣机的固有频率
D.当洗衣机振动最剧烈时,脱水桶的运转频率恰好等于洗衣机的固有频率
解析:切断电源后脱水桶的转速越来越小,即脱水桶的运转频率越来越小。当洗衣机脱水桶正常工作时,非常稳定,则正常工作时的频率大于洗衣机的固有频率,故选项A正确;当振动最剧烈时,洗衣机发生了共振,即选项D正确。
答案：AD
完成拓展提高练习题。
通过完成练习，巩固基础知识。
课堂小结
一、阻尼振动
振幅随时间逐渐减小的振动
二、受迫振动
系统受到周期性外力作用下的振动
三、共振
1、共振产生的条件
2、共振现象的应用和防止
总结本节课的基本知识。
帮助学生梳理基础知识，形成知识框架。
板书