人教版 (2019)选择性必修 第一册6 受迫振动 共振精品教案

这是一份人教版 (2019)选择性必修 第一册6 受迫振动 共振精品教案，共8页。教案主要包含了振动中的能量损失，受迫振动，共振现象及其应用等内容，欢迎下载使用。


备课人
学科
物理
课题
2.6 受迫振动 共振
教学内容分析
阻尼振动与受迫振动是外力作用下的振动，为了与之区别，本节首先阐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。
学情分析
前面几节学生学习了简谐运动的受力和运动特点，知道了能量的变化情况，对单摆和弹簧振子的模型也有了较为深入的理解，为这节课做好了铺垫。高二上学期的学生已经有了一定的观察分析能力、归纳总结能力和逻辑思维能力，而且这个阶段的学生有很强的求知欲和好奇心，对于与生活联系密切的知识非常感兴趣，敢于猜想和尝试，这些可以帮助学生顺利完成本节课的学习。
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一种特殊情况。
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
教学重难点
1.教学重点：理解受迫振动的振幅与驱动力频率之间的关系．
2.教学难点：理解共振的原因，掌握共振的运动特点．
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
新课导入
播放洗的视频，提问学生知道这是什么原理吗？
学生结合所见所闻尝试回答问题，并与其他同学交流。
创设情境，引入新课
新课教学
一、振动中的能量损失
、
（一)固有频率
教师提出以下问题，让学生回答：
1.让单摆、弹簧振子自由振动，如果没有外力干扰，则单摆、弹簧振子做什么运动？
2.单摆、弹簧振子做简谐运动时，其周期或频率与哪些因素有关？
教师总结固有频率知识：
我们把这种振动称为固有振动，其振动频率称为固有频率（振动系统不受外力的作用）。
然后提出问题：倘若振动系统受到外力作用，它将如何运动？
（二)阻尼振动
演示实验：如图所示的实验装置为一挂在曲轴上的弹簧振子，用手将振子向下拉动一下释放，观察较长一段时间，你发现振子在振动过程中振幅有什么变化？为什么会出现这种现象？
然后让学生查阅课本总结该类运动，然后和学生总结阻尼振动：振动系统在阻尼（摩擦或其他阻力）作用下的振幅逐渐减小的振动。
阻尼振动中，由于存在阻力，振幅不断减小，故振动系统的机械能将不断减少，那么，振动系统的周期和频率也会发生变化吗？
教师借助PPT左下图帮助学生理解：
然后得出：振动周期与振幅无关，故阻尼振动中周期和频率不变！
然后提问：阻尼振动的能量有什么特点？
结合学生回答点评后，形成以下规律：
物体在做阻尼振动的过程中，总机械能逐渐减小，物体位移大小相等时，势能大小相等，但动能与上一次相比将减小。
然后提出问题：阻尼振动最终要停下来，那么怎样才能产生持续的振动呢？
学生回答：弹簧振子，单摆做简谐运动。
学生回答：单摆、弹簧振子周期或频率与振幅无关，仅由系统自身的性质决定。
学生思考并进入下一环节学习。
学生观察并总结实验现象：振子在振动的过程中振幅逐渐减小，因为振子在实际振动过程中受到空气的阻碍作用，振动的能量逐渐减少。
学生查阅课本总结阻尼振动。
学生在教师引导下思考回答周期只与本身性质有关，与振幅无关。
学生尝试回答问题并交流
学生思考并形成自己的答案
回顾知识，为后面学习打下基础。
为固有振动、固有频率学习打下基础。
激发学生进一步思考问题
培养学生观察实验能力
让学生自行阅读问题。
深入理解振动周期规律
建立系统的知识观念
为后面学习打下基础
二、受迫振动
受迫振动
提出问题：阻尼振动最终要停下来，那么怎样才能产生持续的振动呢？
提示：最简单的方法是使周期性的外力作用于振动系统，外力做功，补偿系统的能量损失，使系统的振动维持下去。
让学生查阅课本上受迫振动的概念：
受迫振动：物体在周期性变化的驱动力作用下的振动叫做受迫振动。
驱动力：维持受迫振动的周期性外力
提出问题：受迫振动的频率与什么因素有关呢？
在学生回答问题基础上教师演示实验，并总结：受迫振动的规律受迫振动稳定时的频率等于驱动力的频率，跟系统的固有频率无关。
你知道受迫振动在生产生活或科学技术有哪些具体应用吗？
学生根据自己的思考回答交流。
学生查阅资料并回答问题
学生回答问题并交流
学生根据自己所见所闻举例子。
学生深入思考
让学生在前面学习的基础上建立受迫振动概念的建立。
培养学生实验操作能力
培养学生观察生活。
三、共振现象及其应用
（一）实验探究受迫振动振幅与固有频率关系
教师提出问题：物体做受迫振动的振幅是否也跟它的固有频率无关呢?
然后演示实验。
在学生回答基础上总结结论：结论：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。
然后让学生总结共振知识：
共振的定义：在受迫振动中，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。
共振曲线：
横轴：表示驱动力的频率，纵轴：表示受迫振动的振幅
尝试描述下特点？
受迫振动的规律： f驱= f固时，振幅有最大值；f驱与 f固差别越大时，振幅越小。
然后提问：在生活生产或科技领域中，哪些利用了共振，它们工作原理是什么？
在学生回答之后，回答应用：
1.微波炉加热原理
食物中水分子的振动频率约为2500MHz,具有大致相同频率的电磁波称为 “微波” .微波炉加热食品时，炉内产生很强的振荡电磁场，使食物中的水分子作受迫振动，发生共振，将电磁辐射能转化为内能，从而使食物的温度迅速升高.微波加热是对物体内部的整体加热，极大地提高了加热效率。
2.测量机器转速的转速计
把一些不同长度的钢片装在同一个支架上，可以制成测量机器转速的转速计。使转速计与开动着的机器紧密接触，机器振动引起转速计的轻微振动，这时固有频率与机器运转频率相同的那片钢片发生共振，有较大的振幅。若已知钢片的固有频率，就可知道机器的转速。
3.共振筛
共振筛是利用共振现象制成的把筛子用四根弹簧支起来，在筛架上安装一个偏心轮，就成了共振筛.偏心轮在发动机的带动下发生转动时，适当调节偏心轮的转速，可以使筛子受到的驱动力的频率接近筛子的固有频率，这时筛子发生共振，振幅最大，提高了筛除杂物的效。
4.声音的共振叫共鸣
观看原理并解释应用。
然后提问：在生活生产或科技领域中，共振有哪些危害？
待学回答上补充一下故事
1.1831年，一队骑兵通过曼彻斯特附近的一座便桥时，由于马蹄节奏整齐，桥梁发生共振而断裂。
2.1940 年11月7日美国 Tcama 悬索桥因风共振而坍塌。
然后提问：你知道有哪些措施可以有效避免共振的危害？然后补充实例。
学生观察实验并总结实验结论。
学生查阅并总结知识规律。
学生总结并分享。
学生尝试回答共振的应用。
学生回答并交流
培养学生观察总结实验能力
学会观察实验规律。
增加学生对知识应用的了解，深化理解知识。
采用故事让学生知道共振的危害和防治措施。
课堂总结
板书设计
第5节 用单摆测量重力加速度
作业设计
作业分为两块，一是课堂练习，旨在对本堂课学习中动量的概念和实验思路进行检测，一是分层练习，分层次的训练学生对知识的掌握情况。
教学反思与评价
在授课过程中，我采用了多种教学方法，如合作探究法、实验教学法和图像分析法等，通过多种渠道讲解和体验，让学生深刻理解了受迫振动、共振的概念、原理、机制和现象。同时，还培养了学生合作分析、实验设计等能力。
然而，教学过程中也存在不足之处。首先，教学时间较紧，课堂内容较多，学生容易出现分散注意力的情况，影响了一些学生的学习效果。其次，部分学生对实验操作不熟练，对实验数据的分析和处理也不够熟练，这一方面需要强化学生实验操作能力，另一方面也需要教师加强实验的指导和技能指导。
综合来看，这门课要求学生具备较高的自主学习能力和实践能力，而教师则应尽可能利用好多种教学方法，创造富有活力和互动性的课堂氛围，将学生的学习热情调动起来，同时引导学生全面、深入地理解和运用物理知识，培养学生的“探究者”精神和实践能力。