高中物理第一章机械振动第4节阻尼振动受迫振动教学案教科版4

2019-2020学年高中物理 1.4《阻尼振动-受迫振动》教案教科版选修3-4一、教学三维目标（一）知识与技能1.知道什么是受迫振动，知道受迫振动的频率等于驱动力的频率。

2.知道什么是共振以及发生共振的条件。

3.知道共振的应用和防止的实例。

（二）过程与方法：观察演示实验，概括出阻尼振动和受迫振动的特点，培养由实验现象得出物理结论的能力。

（三）情感、态度与价值观：1、培养学生善于观察与思考的学习习惯。

2、通过受迫振动的频率由驱动力的频率决定，认识内因和外因的关系。

通过共振的应用和防止的教学，渗透一分为二的观点；3、懂得进行物理实验是学习与掌握物理知识的主要途经。

二、教学重点：1.什么是受迫振动.2.什么是共振及产生共振的条件三、教学难点：1.物体发生共振决定于驱动力的频率与物体固有频率的关系，与驱动力大小无关.2.当f驱＝ｆ固时，物体做受迫振动的振幅最大。

四、教学过程（一）【预习导引】1.什么是阻尼振动?学生答：（二）实际的振动系统不可避免地要受到摩擦阻力和其他因素的影响，系统的机械能损耗，导致振动完全停止，这类振动叫阻尼振动。

（三）2.引入：同学们，我们知道，物体之所以做阻尼振动，是由于机械能在损耗，那么如果在机械能损耗的同时我们不断地给它补充能量物体的振动情形又如何呢?本节课我们来研究有关的问题.（四）【建构新知】1.受迫振动(1)演示，用右图所示的实验装置①向下拉一下振子，观察它的振动情况.②学生答：振子做的是阻尼振动.③请一位同学匀速转动把手，观察振动物体的振动情形和刚才有什么不同?学生答：刚才振子振动一会就停下来，而现在振子能够持续地振动下去.教师问：使振子能够持续振动下去的原因是什么?学生答：是把手给了振动系统一个周期性的力的作用.(2)通过上述演示分析：①作用于振动系统，使系统能持续地振动下去的外力叫驱动力.②物体在外界驱动力作用下所做的振动叫受迫振动.(3)教师问：如果我们给系统施加一作用时间很短的驱动力，系统能持续地振动下去吗?学生讨论后得到：要想使物体能持续地振动下去，必须给振动系统施加一个周期性的驱动力作用.(4)同学们想一想：有哪些物体做的是受迫振动?学生答：发动机正在运转时汽车本身的振动；正在发声的扬声器纸盒的振动；飞机从房屋上飞过时窗玻璃的振动；我们听到声音时耳膜的振动等.(5)受迫振动的实例①电磁打点计时器的振针；②工作时缝纫机的振针；③扬声器的纸盒；④跳水比赛时，人在跳板上走过时，跳板的振动；⑤机器底座在机器运转时发生的振动.(6)通过刚才的学习，我们知道物体在周期性的驱动力作用下所做的振动叫受迫振动；那么周期性作用的驱动力的频率、受迫振动的频率、系统的固有频率之间有什么关系呢? ①还以上图中的装置进行如下演示：用不同的转速分别匀速地转动把手，观察振子的振动快慢情况.②学生叙述观察到的现象：当把手转速小时，振子振动较慢；当把手转速大时，振子振动较快.③定性总结：物体做受迫振动时，振子振动的快慢随驱动力变化的快慢而变化.(7)教师：经过定量实验证明①物体做受迫振动时，振动稳定后的频率等于驱动力的频率.②受迫振动的频率跟物体的固有频率没有关系.2.共振过渡引言：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物体的固有频率时又会发生什么现象呢?(1)演示实验(二)①介绍右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，观察在摆动稳定后的现象.③学生描述看到的现象.A 摆动起来后，B 、C 、D 、E 也随之摆动，但是它们摆动的幅不同，A 、B 、C 摆动的振幅差不多，而D 摆动的振幅最小.(2)出示分析思考题a :A 、B 、C 摆长相同，意味着它们的固有频率有什么关系?根据是什么?b :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?c :据观察到的现象可得到什么结论?(3)学生讨论后回答①据和 得到，A 、B 、C 三摆的固有频率相同.②B 、C 、D 、E 做的是受迫振动，它们的驱动力都是由先摆起来的A摆提供的.③据实验现象得到：驱动力的频率f ′等于振动物体的固有频率f ′时，振幅最大，驱动力的频率跟固有频率f ′相差越大，振幅越小.(4)通过上述实验，我们得到：受迫振动的振幅A 与驱动力的f 及振动物体的固有频率之间的关系有关，它们之间的这种关系可用图象来表示：这个图象叫共振曲线.①用多媒体出示共振曲线a:学生叙述坐标轴代表的物理量.纵轴：表示受迫振动的振幅.横轴：表示驱动力的频率.b:据图象特点，学生叙述受迫振动的振幅、驱动力的频率、物体的固有频率之间的关系. 当驱动力频率等于物体固有频率时，物体振幅最大，驱动力频率与固有频率相差越大，物体的振幅越小.②结论：驱动力的频率接近物体的固有频率时，受迫振动的振幅最大，这种现象叫做共振.(5)演示：①介绍实验用具：两个频率相同的带有共鸣箱的音叉，放在实验台上.②先用小槌打击音叉A的叉股，使它发声，过一会儿，用手按住音叉A的叉股，使A停止发声，学生描述产生的现象.可以听到没被敲响的音叉发出了声音.③在音叉的叉股上套上一个套管，重新做步骤②，学生描述产生的现象.听不到音叉B发出的声音了.(6)学生阅读课文，得到产生上述现象的原因音叉A的叉股被敲时发生振动，在空气中激起声波，声波传到音叉B，给音叉B以周期性的驱动力.①第一次实验时，A、B的固有频率相同，符合产生共振的条件，于是B的振幅最大，就可以听到B发出的声音.②第二次实验时，由于给B的音叉套上了套管，使A、B的固有频率不再相同，此时B不能产生共振，发出的声音很小，甚至听不到.(7)学生回答①什么是声音的共鸣?——(声音的共振现象叫共鸣)②共鸣箱所起的作用是什么?——使音叉的声音加强.3.共振的应用和防止(1)学生阅读课文，总结共振的应用和防止的实例.(2)学生回答：应用的实例：共振筛、音箱.防止的实例：火车过桥慢开，控制机器的转速等.(3)实例：①应用的实例：a:小提琴、二胡等乐器设置共鸣箱.b:建筑工地上浇铸混凝土时使用的振捣器.c:粒料分离时使用的共振筛.②防止的实例：a:军队或火车过桥时要放慢速度或便步走.b:轮船航行时要看波浪的打击方向而改变轮船的航向和速度.c:机器运转时为了防止共振要调节转速.(4)学生通过上述实例分析，回答：①利用共振时，应如何去做?——(利用共振时，应使驱动力的频率接近或等于物体的固有频率)②防止共振时，应如何做?——(在需要防止共振时，应使驱动力的频率与振动物体的固有频率不同，而且相差越大越好.)中要防止共振?f Hz/（五）【知识运用】例题1．一悬挂于天花板上的单摆的共振线如图，由图可知（1）此单摆的摆长为_______________。

阻尼振动受迫振动【教学目标】一、知识与技能1．知道什么叫固有频率，理解固有的含义。

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。

通过实验，认识受迫振动的特点。

理解系统做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。

5．知道什么叫共振，理解共振发生的条件，知道常见共振的应用和危害。

二、过程与方法1．通过演示实验与学生分组实验训练学生的观察能力和由实验现象提炼出规律的能力以及表达能力。

2．通过让学生列举或解释自然现象和生活中实例的方法，培养学生用物理原理和研究方法解决实际问题的意识。

三、情感态度与价值观让学生领略物理现象与规律的奇妙与和谐，发展学生的好奇心与求知欲，体验探究的艰辛与乐趣。

【学情分析】高二年级的学生在学习本课之前已经学习了简谐运动、简谐运动的回复力和能量、弹簧振子、单摆、简谐运动的图像、简谐运动的固有周期、简谐运动的固有频率、简谐运动的振幅等概念，他们学习本课的基础较好，自主学习的能力较强，在上课之前要求学生预习并完成导学案。

学生的学习兴趣就被调动起来了，而上课的小魔术和分组讨论对学生的合作学习也会起到非常好的作用。

【教学重点】1．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。

2．共振发生的条件。

【教学难点】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的理解。

【教学方法】学生分组实验、演示实验、多媒体视频、三维动画、启发，讨论，交流。

【课时安排】 1课时【教学过程】{引入新课}“飞雪连天射白鹿，笑书神侠倚碧鸳。

”同学们听过这幅对联吗？我们在羡慕主角的各种奇遇同时，更羡慕他们所具有各种神奇功夫。

例如掌碎石、声音碎茶杯等，伤敌于无形，可谓玄之又玄。

大家相信声音能碎杯子吗？今天，我们一起来看一段这项神功。

{视频展示}：师：大家想不想练会这门绝学？也许学习本节课后，我们都可以成为具有这种能力的高手！{复习回顾}简谐运动的特点：1.受力特点？2.固有周期（频率）的特点？3.能量的特点？学生完成导学案回答。

阻尼振动与受迫振动教学设计一、引言振动是物理学中的一个重要概念，它广泛应用于工程、生物和环境等领域。

在振动的研究中，阻尼振动和受迫振动是两个重要的概念。

本文将从阻尼振动和受迫振动的基本概念入手，介绍它们的特点、公式及实验操作等内容。

二、阻尼振动1.基本概念阻尼振动指的是在有阻力存在时，弹簧质点做简谐运动时所产生的一种现象。

在阻尼振动中，弹簧质点会随着时间逐渐减小其幅度，并最后停止运动。

2.特点（1）幅度随时间逐渐减小；（2）周期不变；（3）频率不变；（4）相位不变。

3.公式阻尼振动可以用以下公式来描述：x(t) = A*e^(-γt)cos(ωt+φ)其中，x(t)表示弹簧质点的位移；A表示初始位移；γ表示阻力系数；ω表示角频率；φ表示相位差。

4.实验操作进行阻尼振动实验时需要使用弹簧、质点和振动台等设备。

具体实验步骤如下：（1）将弹簧固定在振动台上；（2）将质点挂在弹簧上方；（3）将质点向下拉，使其产生初始位移；（4）释放质点，观察并记录其运动过程；（5）通过数据处理得到阻尼系数γ。

三、受迫振动1.基本概念受迫振动是指在外力作用下，弹簧质点做简谐运动的一种现象。

在受迫振动中，外力的频率与系统的固有频率相同或接近。

2.特点（1）幅度随时间逐渐增大或减小；（2）周期不变；（3）频率不变；（4）相位差与外力有关。

3.公式受迫振动可以用以下公式来描述：x(t) = A*cos(ωt+φ)+B*cos(Ωt+θ)其中，x(t)表示弹簧质点的位移；A表示自由振幅；B表示强制振幅；ω表示自由角频率；Ω表示强制角频率；φ和θ分别表示自由振动和强制振动的相位差。

4.实验操作进行受迫振动实验时需要使用弹簧、质点、振动台和外力源等设备。

具体实验步骤如下：（1）将弹簧固定在振动台上；（2）将质点挂在弹簧上方；（3）将外力源连接到振动台上，并调节其频率和幅度；（4）观察并记录弹簧质点的运动过程；（5）通过数据处理得到自由角频率ω和强制角频率Ω。

4.阻尼振动受迫振动教学目标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。

教学重点：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。

教学难点：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。

教学内容：复习：1.前几节已经学过哪些类型的简谐运动？2. 简谐运动的能量与什么因素有关？简谐运动中什么形式的能量之间发生相互转化？机械能是否守恒？3.简谐运动是等幅振动吗？教师总结：之前学习的简谐运动就是自由振动，即无阻尼振动新课：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。

2.自由振动的周期和频率叫系统的固有周期和固有频率，由系统本身的特征决定，与振幅无关。

弹簧振子和单摆的周期？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。

2.特点：①振幅逐渐减小，又叫减幅振动②周期为固有周期不变（摆长始终不变），与振动有无阻尼及阻尼大小无关。

3.位移-时间图像（振动图象）：在一段不太长时间内振幅没有明显减小，可近似为简谐运动。

思考：①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，怎样获得持续振动？②荡秋千时可不可能越荡越高？补能，做功三、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。

第4节 阻尼振动__受迫振动对应学生用书P11阻 尼 振 动 [自读教材·抓基础]1．阻尼振动逐步转变为其振动能量，)减小A (的作用，振动逐渐消逝阻力系统在振动过程中受到他能量。

2．自由振动不变的振动。

振幅，只在自身回复力作用下，阻力系统不受外力作用，也不受任何 3．固有频率的频率，由系统本身的特征决定。

自由振动[跟随名师·解疑难]1．简谐运动是一种理想化的模型，物体运动过程中的一切阻力都不考虑。

2．阻尼振动考虑阻力的影响，是更实际的一种运动。

3．阻尼振动与简谐运动的对比。

阻尼振动 简谐运动1.系统的固有频率是指系统自由振动的频率，由系统本身的特征决定。

物体做阻尼振动时，振幅逐渐减小，但振动频率不变。

2．物体做受迫振动的频率一定等于周期性驱动力的频率，与系统的固有频率无关。

3．当驱动力的频率与系统的固有频率相等时，发生共振，振幅最大。

4．物体做受迫振动时，驱动力的频率与固有频率越接近，振幅越大，两频率差别越大，振幅越小。

产生条件受到阻力作用不受阻力作用振幅越来越小不变频率不变不变能量减少不变振动图像实例用锤敲锣，锣面的振动弹簧振子的振动[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)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：选 C 自由摆动的秋千可以看做阻尼振动的模型，振动系统中的能量转化也不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，与外界时刻进行能量交换。

系统由于受到阻力，消耗系统能量做功，而使振动的能量不断减小，但总能量守恒。

受迫振动[自读教材·抓基础]1．持续振动的获得实际的振动由于阻尼作用最终要停下来，要维持系统的持续振动，办法是使周期性的外力作用于振动系统，外力对系统做功，补偿系统的能量损耗。

2．驱动力作用于振动系统的周期性的外力。

第一章机械振动第四节阻尼振动受迫振动【学习目标】1.知道阻尼振动、受迫振动、共振及条件2.自主学习，小组合作探究，受迫振动的频率等于驱动力的频率。

3。

激情投入，领会科学探究中严谨、务实、友好合作的精神和态度重点：受迫振动;共振及产生共振的条件难点：产生共振的条件。

【课程内容标准】通过实验，认识受迫振动的特点.了解产生共振的条件以及在技术上的应用。

【课前预习案】【使用说明&学法指导】1．同学们要先通读教材，然后依据课前预习案再研究教材；2．勾划课本并写上提示语,熟记基础知识，用红笔标注疑问，并填写到后面“问题反馈".3。

限时15分钟，独立完成（一)教材助读一、阻尼振动1．阻尼振动（1)阻力作用下的振动变化：当振动系统受到阻力的作用时,振动受到了______．系统克服_____的作用要做功，消耗________，因而_____减小,最后停下来．（2）阻尼振动:指_____逐渐减小的振动．振动系统受到的阻尼越大，振幅减小得越___．2．固有频率:如果振动系统不受外力作用,也不受任何阻力，只在自身回复力作用下的振动,称为__________，其振动频率称为__________,固有频率由___________的特征决定．二、受迫振动阻尼振动最终要停下来，要维持系统的持续振动，简单的办法是使________的外力作用于振动系统，外力对系统做正功，补偿系统的能量损耗．这种_______的外力叫做驱动力．系统在_______作用下的振动叫做受迫振动．做受迫振动的系统振动稳定后，其振动频率等于_______的频率，与系统的固有频率无关．三、共振、共振的应用和防止1．共振：驱动力的频率_____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．共振的应用与防止（1)应用：_______、共振筛等．（2)防止：①军队过桥时要走____步．以免产生______________________。

一．指导思想与理论依据普通高中和物理课程标准对本节知识内容标准的描述为：通过实验，认识受迫振动的特点。

了解产生共振的条件以及在技术上的应用。

通过实验探究，培养学生观察现象、发现和分析问题的能力，逐步养成实事求是、尊重科学的态度。

“物理教学的基本特征”教学理论的核心内容是：物理教学要坚持以创设问题情景为切人点，以观察实验(事实)为基础，以培养学生思维能力为核心，以提升学生探究能力为重点的基本特征。

本节课的教学设计就是基于物理课程标准和“物理教学的基本特征”教学理论。

二．教学背景分析1．学习内容分析波动是一种常见而重要的运动形式。

自20世纪以来，随着电磁波的广泛应用和对微观世界的深入研究，与波动相关的物理学内容的重要性日益突出。

学好波动的基础是充分理解机械振动。

2．学生情况分析（1）学生现有的知识水平：通过一年半的高中教学，学生有了一定的学习能力（观察、操作、分析、推理、归纳等）。

对基本的机械运动形式有了一定了解。

具备了从能量转化的角度分析运动过程的意识和能力。

在利用数学工具分析物理问题方面有了一定的提高。

（2）教学过程中可能会有的困惑：从理论分析的角度得出阻尼振动、受迫振动所遵循的规律有很大难度。

对高中教学几乎是不可能的。

从实验观察的角度得出规律是唯一方法。

但达到定量分析实验结果，在实验操作方面的难度很大。

3．教学方式与教学手段说明基于以上分析，本节课拟采用教师亲自动手操作、引导学生观察实验、合作交流的学习方式，充分调动学生学习的主动性的同时要充分发挥引导作用，通过多种教学手段和教学资源让学生在学习过程中生成新知并应用知识解决新问题。

三．教学目标设计四、教学过程与教学资源设计（一）教学资源准备学生：弹簧、砝码教师：水平弹簧振子、音叉、共振摆、受迫振动演示器、多媒体设备（PPT）、自拍的录像片段、自制仪器（两个）（二）教学过程设计（三）板书设计五．学习效果评价设计本节课对学生学习效果从以下几个角度进行评价：课堂上学生的参与热情和参与度，在分析过程中表现出来的思维能力和结果，运用知识解释现象的熟练程度。