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視頻標(biāo)簽：受迫振動,共振
所屬欄目：高中物理優(yōu)質(zhì)課視頻
視頻課題：人教版(2019)選擇性必修一第二章第六節(jié)《受迫振動 共振》嘉祥
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人教版(2019)選擇性必修一第二章第六節(jié)《受迫振動 共振》嘉祥
教學(xué)設(shè)計
教學(xué)目標(biāo)：
1、知識與技能：
（1）知道什么是阻尼振動，會用能量的觀點(diǎn)分析阻尼振動的振幅變化和受迫振動現(xiàn)象。
（2）了解產(chǎn)生共振的條件，認(rèn)識共振是受迫振動的一種特殊情況。
2、過程與方法：
（1）通過實(shí)驗認(rèn)識固有頻率、驅(qū)動力頻率和振動頻率之間的關(guān)系。
（2）能根據(jù)實(shí)際生活的振動特點(diǎn)，應(yīng)用振動規(guī)律解決相關(guān)問題。
3、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：
能說出生產(chǎn)生活中受迫振動的應(yīng)用實(shí)例和利用、防止共振的實(shí)例。通過實(shí)例分析體會振動與生活、生產(chǎn)的關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)以致用的意識。
教材分析：
《受迫振動 共振》是人教版、高二物理、選擇性必修一、第2章、第6節(jié)內(nèi)容。本節(jié)內(nèi)容前學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)彈簧振子與單擺在沒有外力干預(yù)的情況下做簡諧運(yùn)動。在此基礎(chǔ)上引入振動系統(tǒng)沒有受到外力作用時的固有振動，此時的頻率稱為固有頻率。然后從振動圖像和能量的角度分析阻尼振動，再介紹受迫振動，以及共振現(xiàn)象和共振曲線。教材將阻尼振動、受迫振動、共振三個概念放在一起，目的在于使學(xué)生能夠很好地通過比較來認(rèn)識這幾種振動。對阻尼振動和受迫振動的認(rèn)識進(jìn)一步豐富了學(xué)生的運(yùn)動與相互作用觀。
重、難點(diǎn)：
難點(diǎn)：認(rèn)識固有頻率、驅(qū)動力頻率與振動頻率之間的區(qū)別和聯(lián)系，以及認(rèn)識生活中相關(guān)現(xiàn)象的振動特點(diǎn)。
重點(diǎn)：是了解發(fā)生共振現(xiàn)象的條件及選相關(guān)知識解釋實(shí)例。
學(xué)情分析：
學(xué)生前面學(xué)習(xí)了簡諧振動，對振動有一定的了解。高二學(xué)生已經(jīng)具備了一定的認(rèn)知、探究和思維能力，通過實(shí)驗引導(dǎo)學(xué)生得出受迫振動的頻率和共振條件并不難，通過生活中的一些實(shí)例視頻：跳水的跳板、電磁打點(diǎn)計時器等，讓學(xué)生清晰直觀的了解受迫振動。共振篩和大橋視頻加深對共振的應(yīng)用和防護(hù)的認(rèn)知。可以播放“上海中心大廈”視頻來了解實(shí)際生產(chǎn)建設(shè)中的減振工程，學(xué)生對物理學(xué)的應(yīng)用有個簡單認(rèn)知。
教學(xué)設(shè)計：
引入視頻：請同學(xué)們觀看“龍洗盆”視頻：
“洗”是古代盥洗用的臉盆，多用青銅鑄成，現(xiàn)代亦有許多仿制的工藝品。倒些清水在其中，用手掌慢慢摩擦盆耳，盆就會發(fā)出嗡嗡聲，到一定節(jié)奏時還會濺起層層水花。這是為什么？（引起學(xué)生們的好奇心，帶著興趣去學(xué)習(xí)）
復(fù)習(xí)：請同學(xué)們復(fù)習(xí)回答：
簧振子與單擺在沒有外力干預(yù)的情況下做簡諧運(yùn)動。我們學(xué)習(xí)的簡諧運(yùn)動的振幅有什么特點(diǎn)，周期頻率的影響因素是什么？
回顧：簡諧運(yùn)動（理想化模型）：
等幅振動，機(jī)械能守恒。周期或頻率與振幅無關(guān)，僅由系統(tǒng)自身的性質(zhì)決定。
（引入固有振動、固有頻率概念）
固有振動、固有頻率：
概念：我們把這種振動稱為固有振動，其振動頻率稱為固有頻率。
一、阻尼振動
思考：生活當(dāng)中振動的振幅是怎么變化的？
演示實(shí)驗：演示振動振幅變小實(shí)例，請同學(xué)們發(fā)散思維想一想生活的振動振幅變小實(shí)例。
（更直觀形象的認(rèn)知）
問題：為什么在這些振動中振幅變小了，并最終停下來？
（先請學(xué)生們思考回答，我再做總結(jié)，并引入新概念阻尼振動）
原因：由于實(shí)際的振動系統(tǒng)都會受到摩擦力、黏滯力等阻礙作用，消耗機(jī)械能，振幅必然逐漸減小。
概念：振幅隨時間逐漸減小的振動稱為阻尼振動。
問題：阻尼振動的振幅在減小的過程中，頻率是否隨著減小？
答案：阻尼振動的振動頻率保持不變。
（引入圖 2.6-1 阻尼振動圖像）
阻尼振動：振幅越來越小，頻率不變。
延伸：振動系統(tǒng)能量衰減的方式：
一種是由于振動系統(tǒng)受到摩擦阻力的作用，使振動系統(tǒng)的機(jī)械能逐漸轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。例如單擺運(yùn)動時受到空氣的阻力。
另一種是由于振動系統(tǒng)引起鄰近介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的振動，使能量向四周輻射出去，從而自身機(jī)械能減少。例如音叉發(fā)聲時，一部分機(jī)械能隨聲波輻射到周圍空間，導(dǎo)致音叉振幅減小。
二、受迫振動
思考：阻尼振動最終要停下來，怎樣才能產(chǎn)生持續(xù)的振動呢？
演示實(shí)驗：
（更直觀形象的認(rèn)知）
概念：使周期性的外力作用于振動系統(tǒng)，外力對系統(tǒng)做功，補(bǔ)償系統(tǒng)的能量損耗，使系統(tǒng)的振動維持下去。這種周期性的外力叫作驅(qū)動力，系統(tǒng)在驅(qū)動力作用下的振動叫作受迫振動。
視頻：請同學(xué)們觀看“跳水”、“甩脂機(jī)”、“電磁打點(diǎn)計時器”視頻。
（更直觀形象的認(rèn)知受迫振動在生活的實(shí)例）
合作探究：受迫振動的頻率與什么因素有關(guān)呢？
（先猜想后通過實(shí)驗學(xué)生們自己得到規(guī)律以提高學(xué)生能力）
結(jié)論：大量的實(shí)驗都證實(shí)：物體做受迫振動達(dá)到穩(wěn)定后，物體振動的頻率等于驅(qū)動力的頻率，與物體的固有頻率無關(guān)。
三、共振
視頻：請同學(xué)們觀看“音樂遇到火焰”視頻。
（中間課堂提升學(xué)生精神，引起學(xué)生興趣）
合作探究：驅(qū)動力的頻率對振幅的影響？
（通過實(shí)驗學(xué)生們自己得到結(jié)論概念）
結(jié)論：這說明物體在做受迫振動時，驅(qū)動力的頻率與物體的固有頻率相差越小，受迫振動的振幅越大；當(dāng)驅(qū)動力的頻率與物體的固有頻率相等時，受迫振動的振幅達(dá)到最大。
概念：當(dāng)驅(qū)動力的頻率等于固有頻率時，物體做受迫振動的振幅達(dá)到最大值，這種現(xiàn)象稱為共振。
思考：為什么驅(qū)動力的頻率等于固有頻率時，受迫振動的振幅達(dá)到最大？
解釋：共振是受迫振動的一種特殊情況，此時驅(qū)動力頻率等干固有頻率，
驅(qū)動力做正功，目明顯大于阻力做的負(fù)功，系統(tǒng)機(jī)械能在不斷增大，導(dǎo)致振幅也明顯增大，達(dá)到
共振。
視頻：請同學(xué)們觀看“共振篩”、“美國塔科馬峽灣懸索大橋”、“上海中心大廈”視頻。
（引入共振的應(yīng)用和防止）
鞏固例題：
例題： (多選)一單擺做阻尼振動，則在振動過程中( )
A．振幅越來越小，周期也越來越小
B．振幅越來越小，周期不變
C．通過某一位置時，機(jī)械能始終不變
D．機(jī)械能不守恒，周期不變
典例2：如圖所示，曲軸上懸掛一彈簧振子，轉(zhuǎn)動搖把，曲軸可以帶動彈簧振子上下振動。開始時不轉(zhuǎn)動搖把，而讓振子自由上下振動，測得其頻率為2 Hz，然后勻速轉(zhuǎn)動搖把，轉(zhuǎn)速為240 r/min，當(dāng)振子振動穩(wěn)定時，它振動的周期為( )
A．0.5 s B．0.25 s C．2 s D．4 s
典例3： (多選)如圖所示，一根繃緊的水平繩上掛五個擺，擺球質(zhì)量均相同，其中A、E擺長均為l，先讓A擺振動起來，其他各擺隨后也跟著振動起來，則穩(wěn)定后( )
A．其他各擺振動周期跟A擺相同
B．其他各擺振動的振幅大小相等
C．其他各擺振動的振幅大小不同，E擺的振幅最大
D．B、C、D三擺振動的振幅大小不同，B擺的振幅最小
結(jié)束：
自由振動：江山易改、本性難移
受迫振動：寄人籬下、身不由己
共振：情投意合、心隨你動
課后習(xí)題：完成課后作業(yè)。
視頻來源：優(yōu)質(zhì)課網(wǎng) www.jixiangsibao.com
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