天津教師招聘：《外力作用下的振動(dòng)》教案

http://tianjin.hteacher.net 2023-08-08 15:25 天津教師招聘 [您的教師考試網(wǎng)]

一、教學(xué)目標(biāo)

【知識(shí)與技能】

知道阻尼振動(dòng)及阻尼振動(dòng)中能量的轉(zhuǎn)化情況;知道受迫振動(dòng)，知道受迫振動(dòng)的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率;知道共振以及發(fā)生共振的條件，知道共振的應(yīng)用和防止。

【過(guò)程與方法】

通過(guò)對(duì)阻尼振動(dòng)、受迫振動(dòng)和共振現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)探究和實(shí)例分析，培養(yǎng)學(xué)生的觀察分析能力;了解共振在實(shí)際中的應(yīng)用和防止，提高理論聯(lián)系實(shí)際的能力。

【情感態(tài)度與價(jià)值觀】

通過(guò)受迫振動(dòng)和共振的教學(xué)，認(rèn)識(shí)內(nèi)因和外因的辯證關(guān)系;通過(guò)共振的應(yīng)用和防止的教學(xué)，滲透一分為一的辯證法觀點(diǎn)。

二、教學(xué)重難點(diǎn)

【重點(diǎn)】受迫振動(dòng)及驅(qū)動(dòng)力頻率與受迫振動(dòng)頻率的關(guān)系，以及共振產(chǎn)生的條件。

【難點(diǎn)】對(duì)共振產(chǎn)生條件的理解及其應(yīng)用和防止。

三、教學(xué)過(guò)程

環(huán)節(jié)一：新課導(dǎo)入

在導(dǎo)入新課時(shí)，教師利用多媒體播放新聞視頻，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)觀看“塔科馬大橋垮塌”的視頻，同時(shí)提出問(wèn)題：堅(jiān)固的大橋?yàn)楹螘?huì)倒塌，思考悲劇發(fā)生的原因。引起學(xué)生探究現(xiàn)象背后秘密的欲望和興趣。本節(jié)課我們就來(lái)學(xué)習(xí)這方面的問(wèn)題。

環(huán)節(jié)二：新課講授

1.阻尼振動(dòng)

首先回顧之前學(xué)習(xí)彈簧振子、單擺等模型，提問(wèn)分別是如何理想化處理，其振動(dòng)圖像是什么曲線?系統(tǒng)摩擦阻力和空氣阻力都忽略不計(jì)。進(jìn)而引出系統(tǒng)在不受外力作用下的振動(dòng)為固有振動(dòng)，其振動(dòng)頻率為固有頻率。

對(duì)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)而言，當(dāng)供給振動(dòng)系統(tǒng)一定的能量使它開(kāi)始振動(dòng)后，由于機(jī)械能守恒，它就以一定的振幅永不停息地振動(dòng)下去，簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是一種理想化的振動(dòng)。下面來(lái)觀察兩個(gè)實(shí)際振動(dòng)：

(1)實(shí)際的單擺發(fā)生的振動(dòng);

(2)敲擊音叉后音叉的振動(dòng)。

請(qǐng)學(xué)生說(shuō)出觀察到的現(xiàn)象：?jiǎn)螖[和音叉的振幅越來(lái)越小，最后停下來(lái)。并交流分析原因：在單擺和音叉的振動(dòng)過(guò)程中，不可避免地要克服摩擦及其他阻力做功，系統(tǒng)的機(jī)械能就要損耗，振動(dòng)的振幅就會(huì)逐漸減小，機(jī)械能耗盡之時(shí)，振動(dòng)就會(huì)停下來(lái)了。

從而在此基礎(chǔ)上引出阻尼振動(dòng)的概念，簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)只是理想的情形。在實(shí)際振動(dòng)中，由于阻力的存在，振動(dòng)系統(tǒng)最初所獲得的能量，在振動(dòng)過(guò)程中因不斷克服阻力做功而減小。振動(dòng)強(qiáng)度逐漸衰弱，振動(dòng)也就越來(lái)越小，最后停止振動(dòng)。這種振動(dòng)稱為阻尼振動(dòng)。并介紹兩種特殊情況下的阻尼振動(dòng)，阻尼很小和阻尼很大時(shí)系統(tǒng)振動(dòng)的情況。

2.受迫振動(dòng)

提問(wèn)：實(shí)際中的振動(dòng)都是阻尼振動(dòng)，振幅不斷減小，如何可以得到持續(xù)穩(wěn)定的振動(dòng)呢?并以生活實(shí)例蕩秋千為例，啟發(fā)學(xué)生思考。順勢(shì)引入驅(qū)動(dòng)力和受迫振動(dòng)的概念。阻尼振動(dòng)最終要停下來(lái)，為使振動(dòng)持續(xù)下去，必須對(duì)系統(tǒng)施加周期性的外力，這種力叫驅(qū)動(dòng)力，并指出驅(qū)動(dòng)力也是以力的作用效果命名的力。系統(tǒng)在驅(qū)動(dòng)力作用下的振動(dòng)叫做受迫振動(dòng)。

提問(wèn)：受迫振動(dòng)的頻率與什么因素有關(guān)呢?

接下來(lái)演示彈簧和小球所組成的系統(tǒng)在電動(dòng)機(jī)提供的驅(qū)動(dòng)力作用下的受迫振動(dòng)實(shí)驗(yàn)。通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速以調(diào)整驅(qū)動(dòng)力的頻率，請(qǐng)學(xué)生仔細(xì)觀察彈簧—小球系統(tǒng)振動(dòng)的頻率大小，并試著做出分析和解釋。

分析：使振子能夠持續(xù)振動(dòng)下去的原因，是把電動(dòng)機(jī)給了振動(dòng)系統(tǒng)一個(gè)周期性的外力的作用，外力對(duì)系統(tǒng)做功，補(bǔ)償系統(tǒng)的能量損耗。要想使物體能持續(xù)地振動(dòng)下去，必須給振動(dòng)系統(tǒng)施加一個(gè)周期性的驅(qū)動(dòng)力。最終學(xué)生思考交流，得出結(jié)論：

①受迫振動(dòng)的頻率跟物體的固有頻率沒(méi)有關(guān)系;

②物體做受迫振動(dòng)時(shí)，振動(dòng)穩(wěn)定后的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率。

列舉生活中常見(jiàn)的受迫振動(dòng)的例子。發(fā)動(dòng)機(jī)正在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)汽車本身的振動(dòng);正在發(fā)聲的揚(yáng)聲器紙盒的振動(dòng);飛機(jī)從房屋上飛過(guò)時(shí)窗玻璃的振動(dòng);我們聽(tīng)到聲音時(shí)耳膜的振動(dòng)等等。

3.共振

受迫振動(dòng)的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，與物體的固有頻率無(wú)關(guān)，但是如果驅(qū)動(dòng)力的頻率接近或等于物體的固有頻率時(shí)又會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象呢?

請(qǐng)學(xué)生利用共振演示儀進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在一根張緊的繩上掛了幾個(gè)不同的擺，其中A、B的擺長(zhǎng)相等。先讓A擺擺動(dòng)，觀察在擺動(dòng)穩(wěn)定后的現(xiàn)象。學(xué)生回答實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：A擺動(dòng)起來(lái)后，B、C、D也隨之?dāng)[動(dòng)，但是它們擺動(dòng)的振幅不同，B擺動(dòng)的振幅最大，C、D擺動(dòng)振幅較小。

在進(jìn)行完小組探究實(shí)驗(yàn)后，請(qǐng)學(xué)生針對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，組織學(xué)生討論產(chǎn)生這樣現(xiàn)象的原因，通過(guò)前面學(xué)習(xí)單擺的相關(guān)知識(shí)，B擺的擺長(zhǎng)與A擺相等，兩者的固有頻率也一樣。A擺振動(dòng)后通過(guò)張緊的繩子給其它各擺施加驅(qū)動(dòng)力，使B、C、D各擺做受迫振動(dòng)，因此它們振動(dòng)的頻率都等于A擺的固有頻率。最終得出結(jié)論：驅(qū)動(dòng)力的頻率等于振動(dòng)物體的固有頻率時(shí)，振幅最大;驅(qū)動(dòng)力的頻率跟固有頻率相差越大，振幅越小。

在次基礎(chǔ)上，出示共振曲線圖，結(jié)合共振圖像直觀的分析出受迫振動(dòng)的振幅A與驅(qū)動(dòng)力的頻率f及固有頻率f0之間的關(guān)系，從而講解共振的概念和特點(diǎn)。驅(qū)動(dòng)力頻率f等于系統(tǒng)共振的固有頻率f0時(shí)，受迫振動(dòng)的振幅最大，這種現(xiàn)象就叫做共振。

環(huán)節(jié)三：鞏固提升

結(jié)合生活實(shí)例，利用共振的概念和特點(diǎn)舉出共振的應(yīng)用和防止的例子，并解釋其原因，加深學(xué)生的理解。例如：

1.利用共振時(shí)，應(yīng)使驅(qū)動(dòng)力的頻率接近或等于物體的固有頻率。

實(shí)例：共振篩、音箱、小提琴與二胡等樂(lè)器設(shè)置共鳴箱、建筑工地上澆鑄混凝土?xí)r使用的振搗器、跳水運(yùn)動(dòng)員做起跳動(dòng)作的“顛板”過(guò)程等。

2.防止共振時(shí)，應(yīng)使驅(qū)動(dòng)力的頻率與振動(dòng)物體的固有頻率不同，而且相差越大越好。

實(shí)例：火車過(guò)橋時(shí)要放慢速度、軍隊(duì)過(guò)橋時(shí)用便步行走、輪船航行時(shí)要看波浪的打擊方向而改變輪船的航向和速度、機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)為了防止共振要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。

環(huán)節(jié)四：小結(jié)作業(yè)

小結(jié)：總結(jié)本節(jié)課有什么收獲，都學(xué)到了哪些概念?

1.阻尼振動(dòng)：振幅(能量)逐漸減小的振動(dòng)。

2.受迫振動(dòng)：物體在外界驅(qū)動(dòng)力作用下的振動(dòng)。

物體做受迫振動(dòng)時(shí)，振動(dòng)穩(wěn)定后的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，跟物體的固有頻率無(wú)關(guān)。

3.共振：驅(qū)動(dòng)力的頻率等于物體的固有頻率時(shí)，受迫振動(dòng)的物體振幅達(dá)到最大的現(xiàn)象。