《受迫振动-共振》教案

《受迫振动共振》教案一、教学目标1．知道什么是阻尼振动及受迫振动。2．通过实验观察，探究受迫振动的频率和振幅的特征。3.知道什么是共振以及发生共振的条件，能够解释共振的应用和防止的实例。二、教学重难点教学重点：受迫振动时其频率跟驱动力频率的关系，共振。教学难点：受迫振动时其频率跟驱动力频率的关系教学过程设计教学环节和内容教师活动学生活动基于课标、素养的设计意图【创设情景引入课堂】从荡秋千引入课堂等幅振动和阻尼振动的概念。让学生观察图片或视频，建立“振动会自发地衰减”的感性认识体验、观察、思考、讨论。引导学生通过情境建模，建立物理概念，形成理性与感性的连接。【受迫振动】“秋千最终会停下来”，如何才能让秋千一直振动？提出“受迫振动”的概念。列举出一些受迫振动的例子引导思考如何让物体一直振动。思考、讨论、表达从解决问题的角度探讨物理问题，引导学生从建立物理与实际的联系。【受迫振动的频率】观察实验：固有频率不同的四个小球，在相同的外力驱动下的摆动。引导学生观察相同驱动力下的不同小球的振动情况：特别观察小球的振幅是否相同；小球的频率是否同步？小球的振幅是否相同？观察、思考学生通过观察，掌握受迫振动的频率跟驱动力的频率相等的规律。并提出：“什么情况下受迫振动的小球振幅最大？”【受迫振动的振幅】观察实验，绘制振子随驱动频率变化的曲线。引导学生观察两个弹簧振子在不同频率下的振幅变化。逐渐增大驱动频率，两个振子振幅逐均先增大，后减小。作图、思考、讨论引导学生在操作实验之前先制定方案，理解实验原理，培养学生的探究素养。建立受迫振动振幅大小随驱动频率变化的关系，并且知道振幅最大时额定频率大的振子对应的驱动频率也较大。【观察实验】以一个小球带动其他小球摆动，观察振幅的大小与什么因素有关。引导学生观察受迫振动的小球的摆幅与小球的质量是否有关？与驱动小球的绳长有什么关系？观察，思考，讨论，表达学生发现受迫振动摆幅最大的小球的摆长跟驱动小球的摆长相同，即其固有频率与驱动小球独有频率相同。回顾刚才的弹簧振子实验，可以形成统一的观点：当受迫振动物体的固有频率等于驱动力频率时，振幅达到最大，称为共振。【共振的应用】共振筛、转速计等是共振的常见应用介绍共振的应用，此时可以发散讲解，重点是如何实现共振。聆听、思考让学生形成知识间关联的习惯，培养知识迁移的能力。【实践与拓展】通过古代二胡的结构介绍共鸣对乐器的作用。并演示音叉的共鸣作用。介绍中国古代乐器中“二胡”的结构，提出共鸣腔的概念，列举各种乐器使用共鸣腔的情况，并使用音叉演示共鸣现象。观察、思考通过观察实验，理解共鸣现象是共振在声音中的应用。引导学生了解中国古代人们智慧，培养爱国主义情怀。【共振的防止】视频演示“声音碎玻璃”的现象。并列举世界上因共振而造成的灾难。介绍最近虎门大小的晃动事件。引导学生观察和思考如何规避共振带来的危害和灾难。观察、思考、讨论、问答通过观察和学习，留意生活中的共振现象，实现知识与实践的关联。【实践与拓展】介绍次声波的危害及如何防止次声波的伤害。介绍次声波带来的灾难事件，并引导学生思考如何避免次声波的伤害。观察、交流、问答引导学生关注物理与生活的关联。【学习研究】课后完成研究任务：查阅资料，了解我国古代关于共振的研究与应用，并写成学习报告。【板书设计】课后篇巩固提升必备知识基础练1.自由摆动的秋千,摆动的振幅越来越小,下列说法正确的是()A.机械能守恒B.能量正在消失C.总能量守恒,机械能减小D.只有动能和势能的相互转化解析可以把自由摆动的秋千看作做阻尼振动的模型。振动系统中的能量转化不只是系统内部动能和势能的相互转化,振动系统是一个开放系统,与外界时刻进行着能量交换,但总能量守恒。系统由于受到阻力,消耗系统机械能,从而使振动的机械能不断减小。答案C2.如图所示,把两个弹簧振子悬挂在同一支架上,已知甲弹簧振子的固有频率为9Hz,乙弹簧振子的固有频率为72Hz。当支架在受到竖直方向且频率为9Hz的驱动力作用下做受迫振动时,两个弹簧振子的振动情况是()A.甲的振幅较大,且振动频率为18HzB.甲的振幅较大,且振动频率为9HzC.乙的振幅较大,且振动频率为9HzD.乙的振幅较大,且振动频率为72Hz解析根据受迫振动发生共振的条件可知,甲弹簧振子的振幅较大,因为甲弹簧振子的固有频率等于驱动力的频率,做受迫振动的物体的频率等于驱动力的频率,所以选项B正确。答案B3.(多选)研究单摆受迫振动规律时得到如图所示的共振曲线,下列说法正确的是()A.其纵坐标为位移B.其横坐标为固有频率C.单摆的固有周期为2sD.图像的峰值表示单摆共振时的振幅解析共振曲线的纵坐标表示受迫振动的振幅,横坐标表示驱动力的频率,峰值表示驱动力频率等于固有频率时,发生共振的振幅。根据图像可知固有频率为0.5Hz,故单摆的固有周期为2s。答案CD4.(多选)用两根完全一样的弹簧和一根细线将甲、乙两滑块连在光滑的水平面上,线上有张力,甲的质量大于乙的质量,如图所示。当线突然断开后,两滑块都开始做简谐运动,在运动过程中()A.甲的振幅一定等于乙的振幅B.甲的振幅一定小于乙的振幅C.甲的最大速度一定大于乙的最大速度D.甲的最大速度一定小于乙的最大速度解析两根弹簧完全相同,线未剪断时两弹簧所受拉力大小相等,伸长量相同,所以剪断线以后,甲、乙振幅相同,故选项A对,选项B错;又由于线未剪断时弹簧的弹性势能相同,所以甲、乙通过平衡位置时的动能相同,质量大的速度小,故选项C错,选项D对。答案AD5.如图甲所示,一个有固定转动轴的竖直圆盘转动时,固定在圆盘上的小圆柱带动一个T形支架在竖直方向振动,T形支架的下面系着一个由弹簧和小球组成的振动系统。圆盘静止时,让小球做简谐运动,其振动图像如图乙所示。圆盘匀速转动时,小球做受迫振动。下列说法正确的是()A.小球振动的固有频率是4HzB.小球做受迫振动时周期一定是4sC.圆盘转动周期在4s附近时,小球振幅显著增大D.圆盘转动周期在4s附近时,小球振幅显著减小解析小球振动的固有周期T=4s,则其固有频率为f=1T=0.25Hz,A错误;小球做受迫振动时周期等于驱动力的周期,即等于圆盘转动周期,不一定等于固有周期4s,B错误;圆盘转动周期在4s附近时,驱动力周期等于振动系统的固有周期,小球产生共振现象,振幅显著增大,C正确,D答案C关键能力提升练6.(北京第四十三中学期中)把一个筛子用四根弹簧支起来,筛子上装一个电动偏心轮,它每转一周,给筛子一个驱动力,这就做成了一个共振筛,如图所示。不开电动机让这个筛子自由振动时,完成20次全振动用15s,在某电压下,电动偏心轮的转速是50r/min。已知增大电动偏心轮电压可使其转速提高,而增加筛子的总质量可以增大筛子的固有周期。为使共振筛的振幅增大,以下做法可行的是()①降低输入电压②升高输入电压③增加筛子质量④减小筛子质量A.①③ B.①④ C.②③ D.②④解析根据题意,得筛子的固有频率为f0=2015Hz=43Hz,电动机某电压下,电动偏心轮的转速是50r/min,此时频率为f=5060Hz=56Hz,此时频率小于筛子的固有频率,要使振幅增大,可以升高输入电压或增加筛子质量答案C7.如图所示为两个单摆做受迫振动的共振曲线,则下列说法正确的是()A.两个单摆的固有周期之比为TⅠ∶TⅡ=2∶5B.若两个受迫振动在地球上同一地点进行,则两个摆长之比为lⅠ∶lⅡ=4∶25C.图线Ⅱ若是在地面上完成的,则该摆摆长约为1mD.若两个受迫振动分别在月球上和地球上进行,且摆长相等,则图线Ⅱ是月球上的单摆的共振曲线解析由共振曲线及共振的条件可知,Ⅰ和Ⅱ的固有频率分别为0.2Hz和0.5Hz,周期之比TⅠ∶TⅡ=5∶2,A项错误。由单摆的周期公式T=2πlg可知,lⅠ∶lⅡ=TⅠ2∶TⅡ2=25∶4,B项错误。同时可知lⅡ=TⅡ2g4π2=1答案C8.(多选)有一根绷紧的水平绳上挂有5个双线摆,其中b摆摆球质量最大,另4个摆球质量相等,摆长关系为Lc>Lb=Ld>La>Le,如图所示。现将b摆垂直纸面向里拉开一微小角度,放手后让其振动,经过一段时间,其余各摆均振动起来,则达到稳定时()A.周期关系为Tc>Td>Ta>TeB.频率关系为fc=fd=fa=feC.摆幅关系为Ac=Ad=Aa=AeD.四个摆中,d的振幅最大,且Ae<Aa解析b摆的振动作为一种驱动力,迫使其他四个摆做受迫振动