高中物理人教版选择性必修第一册：受迫振动 共振.docx

教学设计

课程基本信息

学科

物理

年级

高二

学期

秋季

课题

受迫振动共振

教材分析

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。从外力做功和能量转化角度来分析这几种振动是本节教学的基本思路，受迫振动的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。

让学生认识固有频率、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

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。

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与联系，了解产生共振的条件。

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

教学重难点

教学重点：

1.固有频率、驱动力频率与振动频率之间的区别与联系。

2.发生共振的条件及对相关实例的解释。

教学难点：

理解固有频率、驱动力频率与振动频率之间的区别与联系

教学过程

一、创设情景，引入新课

以手掌摩擦“洗”导致水花四溅（如图1）、广东虎门大桥异常振动的动态图（如图2）引入本节课题，引发学生思考，激发学生的求知兴趣。

图1图2

图1

图2

接着复习前面学习的知识：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，并以单摆的周期公式为例。以此让学生知道“固有振动”、“固有周期”、“固有频率”的概念。

二、问题+实验的方式引导完成任务清单

任务一：了解什么是阻尼振动

提问：而实际中一个弹簧振子振动起来，经过一段时间它将停止运动。这是什么原因造成的呢？（空气阻力、摩擦阻力、黏滞力等）

各种阻力统称为阻尼，由于阻尼的作用，会使振动系统的机械能减少，振幅减少。从而引出阻尼振动的概念。

让学生归纳总结：

1.阻尼振动：受到阻尼作用，振幅逐渐减小的振动

2.阻尼振动的图像（如图3）：

提问：阻尼振动的频率变化吗？

图3引导分析：物体的振动周期与频率由振动物体本身性质决定的，与阻尼的作用无关，所以物体做阻尼振动时，振幅减小，但振动频率不变。

图3

任务二：研究受迫振动及其频率

提问：既然阻尼振动振幅越来越小，最终将停止振动。那么用什么方法才能得到持续的振动呢？（施加周期性的驱动力）以荡秋千为例，要使秋千持续运动，就要给秋千施加周期性的推力。

通过讨论和实验演示，揭示课题，得到受迫振动的概念：

1.驱动力：作用在振动系统上的周期性外力

图42.受迫振动：系统在驱动力作用下的振动

图4

提问：受迫振动有哪些特征量？（频率和振幅）

提问：物体做受迫振动时,振动稳定后的频率与什么有关?

学生猜想：驱动力的频率是否与驱动力的频率有关

教师进行演示实验：用受迫振动与共振演示器演示受迫振动的频率（如图4）

让学生仔细观察实验现象，实验结束，让学生根据实验现象总结实验结论：

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

任务三：探究受迫振动的振幅与什么有关，什么是共振现象

提问：物体做受迫振动时，其振幅与什么因素有关呢？是否也跟它的固有频率无关呢？

图3让学生小组讨论，提出自己的猜想。

图3

师进行演示实验：用共振演示仪演示受迫振动观察受迫振动的振幅（如图5）

图3让学生仔细观察实验现象，实验结束，让学生根据实验现象总结实验结论：

图3

当驱动力的频率等于物体的固有频率时，受迫振动的振幅最大。

通过学生根据实验现象总结的实验结论引出课题，得到共振的概念。

共振现象：驱动力的频率f等于物体的固有频率f0时，受迫振动的振幅最大，这种现象叫做共振。

提问：能否利用图像来描绘共振现象中振幅与驱动力的频率的关系？（如图6）

引导分析：根据共振曲线，可以知道f=f0时，振幅有最大值；

f与f0差别越大时，振幅越小

图5提问：如果地震来临时，是不是越高的楼房晃动的越厉害？

图5

图6观看演示实验视频（三个支架在驱动力作用下的振动），通过次实验，让学生加深对共振条件的理解。

图6

任务四：了解共振现象的应用于防止

根据共振现象产生的条件，实例分析生活中比较常见的共振的现象。如微波炉、共振筛等的原理，让学生知道如何利用共振现象为生产生活服务。

再介绍一下军队过桥为什么要便步走，火车过桥为什么要减速行驶，以及课前提到的虎门大桥异常振动现象，让学生知道生活中如何来防止共振现象。