阻尼振动受迫振动教学设计Word文档格式.docx

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其内容包含自由振动（固有频率）和阻尼振动（定义、图像）、受迫振动（驱动力、特点）及其特例：

共振（产生条件、特点、图像），以及共振现象的应用和防止（应用条件、防止条件、举例）这几部分。

本节内容是第一章中的重点，同时也是学生学习的难点。

学情分析：

通过本章中前三节内容的学习，学生已经对简谐运动有了较深入的理解，但对本节课要学习的阻尼振动、受迫振动，特别是共振现象缺乏感性认识，而且本节课内容比较抽象，尽管与生活相联系，却不容易被学生关注，理解起来也存在一定困难；

此外，虽然高二学生已经具备一定的认识分析自然现象和逻辑思维能力，但大多数学生的认知发展水平仍停留在具体运算阶段，还未过渡到形式运算阶段，抽象思维有待提高。

鉴于以上特点，课堂教学中应给学生提供更多的图片、演示实验、动画以及视频，引导学生通过观察和思考，从而得出结论、总结规律，进一步培养学生的观察能力和分析能力，锻炼学生的抽象思维和概括思维。

教学目标

知识与技能：

1知道什么叫自由振动，理解固有频率的含义。

2知道什么叫阻尼振动，能从能量的角度分析阻尼振动产生的原因。

3知道什么叫驱动力，理解它是按效果命名的力。

4知道什么叫受迫振动。

理解系统做受迫振动的频率等于驱动力的频率，而与系统的固有频率无关。

5知道什么叫共振，理解共振发生的条件，了解常见的共振应用和防止的实例。

过程与方法：

1通过演示实验、展示图片以及播放动画和视频，使学生经历“观察、思考、分析、概括”的探究过程，培养观察能力、由实验现象得出结论并提炼出规律的能力以及表达能力。

2通过列举和解释生活中常见的典型实例的方法，培养学生运用物理知识和研究方法分析及解决实际问题的意识和能力。

情感、态度与价值观：

1在“观察、思考、分析、概括”的探究过程中，让学生领略物理现象和规律的奇妙与和谐，激发学生的好奇心与求知欲，体验探究的艰辛与乐趣。

2通过对共振现象应用和危害的了解，进一步体会科学技术对人类生产生活的重要影响。

3通过小组交流讨论，感受物理学习的乐趣，培养主动与他人交流合作的精神。

教学重难点

重点：

1受迫振动的频率等于驱动力的频率，而与系统的固有频率无关。

2什么是共振及共振的产生条件。

难点：

1对受迫振动的频率等于驱动力的频率，而与系统固有频率无关的理解。

2当f驱＝ｆ固时，物体做受迫振动的振幅最大，即对共振发生条件的理解。

教学资源：

多媒体、鼓、鼓锤、米粒、黑板

教学环节

教师活动

学生活动

设计意图

环节一：

回顾已有知识，为新课的学习奠定基础

环节二：

观看演示实验，引入新课的第一部分“阻尼振动”

环节三：

根据生活中的常见现象，引入新课的第二部分“受迫振动”

环节四：

观看演示实验，引入“共振”这一受迫振动的特例

环节五：

通过观看图片和视频，引入“共振的应用和防止”这部分内容

提出问题：

1.前面我们学习简谐运动时引入了哪两个理想化模型？

2.在这两个理想化模型中我们忽略掉振动中的摩擦阻力或空气阻力等，即忽略掉振动系统的能量损失，那么弹簧振子或单摆做什么样的振动？

教师总结：

之前学习的简谐运动就是自由振动，即无阻尼振动

板书：

一、自由振动

1.定义：

系统不受外力作用，也不受任何阻力，只在自身回复力作用下的振动，称为自由振动，又叫做无阻尼振动。

提问：

弹簧振子和单摆的周期（频率）由哪些因素决定？

弹簧振子和单摆的周期（频率）都取决于系统本身的特征

2.自由振动的频率：

即系统的固有频率，由系统本身的特征决定。

演示实验：

在鼓皮上放几颗米粒，猛敲一下鼓，鼓声开始很大，随后迅速变弱

总结实验现象：

米粒开始跳动的幅度很大，随着鼓声变弱，米粒跳动的幅度变小

思考以下问题：

1.从米粒跳动的幅度变小，可知鼓皮振动的振幅变小了，为什么鼓皮的振幅会变小？

2.鼓皮在振动过程中受到阻力作用，其振动能量如何变化？

以上所说的这种振动就是阻尼振动

二、阻尼振动

1.定义：

系统在振动过程中受到阻力的作用，振动逐渐消逝，振动能量逐步转化为其他能量，这种振动叫做阻尼振动。

播放动画：

阻尼振动的位移时间图像

2.阻尼振动的位移-时间图像（如动画中所示）

单摆做阻尼振动时，在振动停止之前，其周期是否变化？

进一步启发，让学生思考单摆周期的决定因素有哪些？

单摆做阻尼振动时，这些因素是否变化？

再提问一次上述问题

单摆做阻尼振动时，振幅逐渐减小，但摆长始终不变，因而其周期（频率）不变

弹簧振子做阻尼振动时，在振动停止之前，周期是否变化？

举例1：

一个孩子在荡秋千，当她荡到一端就要返回时，顺势轻推他一下，就可以使孩子保持荡来荡去的运动状态，甚至越荡越高

举例2：

钟摆在摆动过程中不可避免的受到空气等阻力作用，但它的振幅始终保持不变

因为大人用周期性外力推动孩子，及时补充了由于阻力而失去的能量，所以孩子才能保持荡来荡去的状态，甚至越荡越高；

而钟摆也是由于不断得到能量补充（当场给钟上弦），所以振幅不变

三、受迫振动

1、驱动力：

如果用周期性的外力作用于振动系统，补偿系统的能量损耗，使系统持续等幅地振动下去，这种周期性的外力叫做驱动力。

2、受迫振动：

系统在驱动力作用下的振动叫做受迫振动。

实验装置如图

1.向下拉一下振子，观察它的振动情况

2．此时决定振子周期的因素有哪些？

3.匀速转动把手，观察振子的振动情况与刚才有何不同？

4.那么使振子能够持续振动下去的原因是什么？

思考问题：

振子做受迫振动时，当振动稳定后，振子的周期（频率）取决于什么因素？

实验表明，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

3.受迫振动的频率：

等于驱动力的频率，与系统的固有频率没有关系

过渡引言：

受迫振动的频率等于驱动力的频率，与物体的固有频率无关，但是如果驱动力的频率接近或等于固有频率时又会出现什么现象呢？

1.介绍如图所示的共振演示仪

在一根张紧的绳子ab上挂了几个摆，其中A、B、C的摆长相等

2.演示：

先让A摆摆动，带动其余各摆做受迫振动

A摆动起来后，B、C、D、E也随之摆动，但它们摆动的振幅不同，B摆和C摆的振幅最大，而D摆的振幅最小

1.实验中摆长相等的单摆的固有频率相等吗？

2.B、C、D、E做的是什么振动？

若是受迫振动，驱动力由什么提供？

3.从现象中你能定性地说明“驱动力频率与固有频率的关系决定了受迫振动振幅的大小”吗？

根据实验现象得到，驱动力的频率等于振动物体的固有频率时，受迫振动的振幅最大，而驱动力的频率与固有频率相差越大，受迫振动的振幅越小

四、共振

驱动力的频率等于振动物体的固有频率时，受迫振动的振幅最大，这种现象叫做共振。

2.产生条件：

驱动力的频率等于振动物体的固有频率。

3.共振曲线：

上图表示受迫振动的振幅A与驱动力的频率f的关系。

可以看出：

当驱动力的频率等于振动物体的固有频率时，振幅最大；

驱动力的频率跟固有频率相差越大，振幅越小。

介绍共振的应用和防止的典型实例，如共振筛，大桥共振等

当我们应用共振时，应如何去做？

而如果我们要防止共振，又该如何去做？

教师总结

五、共振的应用和防止

1.应用条件：

使驱动力的频率接近或等于振动物体的固有频率

2.防止条件：

使驱动力的频率远离振动物体的固有频率，且相差越大越好

展示共振筛图片，播放大桥共振的视频

共振的应用：

共振筛、共鸣箱

共振的防止：

1、军队过桥时要用便步，火车过桥时要放慢速度

2、机器运转时为了防止共振要调节转速

3、在振动物体底座加防振垫

4、装修剧场、房屋时使用吸声材料等等

课堂小结：

四、特例：

共振

学生回答：

弹簧振子和单摆

简谐运动（或振幅不变的运动）

了解自由振动的定义

回答：

弹簧振子的周期只决定于振子质量和弹簧的劲度系数

单摆的周期：

理解固有频率中“固有”二字的含义

观察米粒在鼓皮上的运动

学生经过思考回答问题：

因为振动的鼓皮受到了阻力的作用

振动能量逐渐减小（转变为其它能量）

了解阻尼振动的定义

观看动画，具体感知物体做阻尼振动时，振动逐渐消逝，振动能量逐渐减小的过程，从而加深对阻尼振动的认识

学生思考过后，有的回答会变化，有的回答不会变化

摆长

不会变化

一致回答周期不变

周期不会变化

思考孩子越荡越高的原因

思考是什么原因使得钟摆的振幅不减小

了解驱动力的概念，明确它是按效果命名的力

理解受迫振动

观察演示实验

振子做阻尼振动

振子质量，弹簧的劲度系数

刚才振子振动一会就停下来了，而现在振子能够持续的振动下去

是匀速转动的把手给了振子一个周期性外力（即驱动力）

观看演示实验，思考问题，根据实验现象得出结论

理解受迫振动的频率等于驱动力的频率，与系统的固有频率无关

学生思考，猜想可能出现的现象

通过实验演示，观察其余各摆做受迫振动的振幅，并将看到的现象描述出来

学生小组讨论后回答：

相等，因为单摆的固有频率由摆长决定

受迫振动，驱动力是由先摆起来的A摆提供的

可以

了解什么是共振，理解共振的产生条件及共振曲线的含义

思考生活中是否还有其它应用和防止共振的实例（可参照课本）

先自己思考，然后小组讨论，最后以小组为单位派代表回答

理解共振现象的应用条件和防止条件

观看图片和视频

学生在头脑中回顾本节课所学内容，巩固新知识

复习回顾之前学过的知识，使学生回忆起简谐运动及其特点，为本节课的学习奠定基础

通过简谐运动的复习，使学生了解什么是自由振动

通过回顾弹簧振子和单摆周期（频率）的决定因素，使学生理解系统的固有频率“固有”二字是指其仅由系统本身的特征决定

通过观看演示实验，激发学生的探究兴趣，培养他们的观察能力和分析能力

通过播放动画，进一步加深学生对阻尼振动的感性认识

将新旧知识联系起来，加深学生对阻尼振动的理性认识，做到“温故知新”

通过举出生活中常见的现象引入“受迫振动”，使学生感悟到物理知识来源于生活，激发学习兴趣，培养他们认真观察生活中的点滴现象并积极思考的意识。

通过观看演示实验，一方面培养学生的观察能力和分析概括能力，另一方面促进学生理解受迫振动的频率等于驱动力的频率，与系统固有频率无关，这是本节课的重难点内容

通过观看共振演示实验，加强对共振现象以及共振产生条件的感性认识，培养学生的观察能力、从现象中总结规律的能力和表达能力，促进对共振现象的产生条件及共振曲线的理解

通过介绍应用和防止共振现象的典型实例，使学生感悟到人类生产生活中包含着许许多多的物理知识，培养学生细心观察的意识和习惯；

通过观看图片和视频，加强对共振现象用处和危害的感性认识，以便加深理解，同时充分体现出物理来源于生活，并为生活服务的理念。

通过观看图片和视频，能直观感受到共振的用处和危害，同时了解应用和防止共振的典型实例