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2019-2020年高中物理 11.5《外力作用下的振動(dòng)》教學(xué)設(shè)計(jì) 新人教版選修3-4 　　【教學(xué)目標(biāo)】 　　一、知識(shí)與技能 　　1．知道什么叫固有頻率，理解固有的含義。 　　2．知道什么叫阻尼振動(dòng)，能從能量的角度分析阻尼振動(dòng)產(chǎn)生的原因。 　　3．知道什么叫驅(qū)動(dòng)力，理解它是按效果命名的力。 　　4．知道什么叫受迫振動(dòng)。理解系統(tǒng)做受迫振動(dòng)的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，與系統(tǒng)的固有頻率無(wú)關(guān)。 　　5．知道什么叫共振，理解共振發(fā)生的條件，知道常見(jiàn)共振的應(yīng)用和危害。 　　二、過(guò)程與方法 　　1．通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練學(xué)生的觀察能力和由實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象提煉出規(guī)律的能力以及表達(dá)能力。 　　2．通過(guò)讓學(xué)生列舉或解釋自然現(xiàn)象和生活中實(shí)例的方法，培養(yǎng)學(xué)生用物理原理和研究方法解決實(shí)際問(wèn)題的意識(shí)。 　　三、情感態(tài)度與價(jià)值觀 　　讓學(xué)生領(lǐng)略物理現(xiàn)象與規(guī)律的奇妙與和諧，發(fā)展學(xué)生的好奇心與求知欲，體驗(yàn)探究的艱辛與樂(lè)趣。 　　【教學(xué)重點(diǎn)】 　　1．受迫振動(dòng)的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，與系統(tǒng)的固有頻率無(wú)關(guān)。 　　2．共振發(fā)生的條件。 　　【教學(xué)難點(diǎn)】 　　受迫振動(dòng)的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率與系統(tǒng)的固有頻率無(wú)關(guān)的理解。 　　【教學(xué)方法】 　　演示實(shí)驗(yàn)，多媒體視頻，啟發(fā)，討論，交流。 　　【課時(shí)安排】 　　1課時(shí) 　?。ü逃蓄l率的概念在研究彈簧振子或單擺時(shí)已經(jīng)給出，所以本節(jié)課直接從阻尼振動(dòng)開始） 　　【教學(xué)過(guò)程】 　　一、復(fù)習(xí)并引入新課 　　師：前面我們學(xué)習(xí)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)引入了兩個(gè)理想化模型是什么？ 　　生：彈簧振子和單擺。 　　師：說(shuō)它理想很重要的一點(diǎn)就是我們忽略掉振動(dòng)中的摩擦阻力或空氣阻力等，即忽略掉振動(dòng)系統(tǒng)的能量損失，那么彈簧振子或單擺做什么樣的振動(dòng)？ 　　生：振幅不變的運(yùn)動(dòng)（學(xué)生可能回答出別的答案，可提醒他從能量的角度考慮此問(wèn)題。） 　　師：實(shí)際的彈簧振子或單擺的振動(dòng)肯定有能量損失，它會(huì)做什么樣的振動(dòng)呢？ 　　演示實(shí)驗(yàn)：水平彈簧振子做振幅逐漸減小的振動(dòng)。 　　師：這種由于能量的損失導(dǎo)致的振幅逐漸減小的振動(dòng)叫阻尼振動(dòng)。 　　二、新課教學(xué) 板書 一、阻尼振動(dòng) 1．振幅逐漸減小的振動(dòng)叫阻尼振動(dòng)。 2．阻尼振動(dòng)的x-t圖象（圖11．5-1） 　　師：你認(rèn)為振幅減小的快慢與什么相關(guān)？ 　　生：討論后得出與阻力大小有關(guān)。 　　演示：?jiǎn)螖[的擺動(dòng)，第一次在空氣中；第二次在水中（用玻璃水槽盛水，便于觀察）。提醒學(xué)生觀察振幅減小的快慢有什么不同。 　　師：如果進(jìn)一步增大阻力，會(huì)不會(huì)造成振動(dòng)不能發(fā)生呢？ 　　生：可能不發(fā)生振動(dòng)。 　　演示：?jiǎn)螖[擺動(dòng)，小球在粘稠的泥漿中（用玻璃槽盛泥漿，只觀察露在泥漿外的擺線即可。） 板書 3．振幅減小的快慢與阻力大小有關(guān)；當(dāng)阻力過(guò)大時(shí)，振動(dòng)不能發(fā)生。 　　師：鐘擺在擺動(dòng)時(shí)受不受阻力作用呢？它的振幅是否減小呢？ 　?。ㄓ邢喈?dāng)多的學(xué)生沒(méi)見(jiàn)過(guò)帶擺的表，如果學(xué)習(xí)單擺一節(jié)時(shí)讓學(xué)生看過(guò)實(shí)物或視頻了，此時(shí)直接提出問(wèn)題即可，否則要演示實(shí)物或視頻。） 　　生：普遍認(rèn)為受阻力，但振幅又保持不變。 　　師：是什么原因?qū)е滤恼穹粶p小呢？ 　　生：討論后或經(jīng)老師提醒后得出擺不斷得到能量補(bǔ)充。（老師可以當(dāng)場(chǎng)給鐘上弦，給出增加彈性勢(shì)能的視覺(jué)感受。） 　　師：象鐘擺這樣雖有能量損耗，但能量又不斷得到補(bǔ)充，使振動(dòng)能夠持續(xù)下去的振動(dòng)叫受迫振動(dòng)。 板書 二、受迫振動(dòng) 1．作用在系統(tǒng)上，不斷對(duì)系統(tǒng)做功的周期性外力叫驅(qū)動(dòng)力。（教師指明跟回復(fù)力一樣，驅(qū)動(dòng)力也是按效果命名的力。） 2．受迫振動(dòng)：系統(tǒng)在驅(qū)動(dòng)力作用下的振動(dòng)。 　　師：除鐘擺外，請(qǐng)你再列舉出幾個(gè)受迫振動(dòng)的實(shí)例。 　　生：師、生之間；生、生之間熱烈地討論交流（老師走到學(xué)生中與學(xué)生交流，對(duì)具體現(xiàn)象老師提出自己的看法，先不下定論。）幾分鐘后學(xué)生發(fā)言列舉出一些實(shí)例。教師與其他學(xué)生共同甄別是不是受迫振動(dòng)。（看書的學(xué)生可以列舉出教材上的實(shí)例） 　　教師挑出或告知幾個(gè)典型的受迫振動(dòng)：電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器振片的振動(dòng)；挑物的小扁擔(dān)的振動(dòng)（當(dāng)場(chǎng)表演或看視頻）；跳水比賽中跳板的振動(dòng)（看視頻）；被幼兒園老師有節(jié)奏推動(dòng)下的秋千的擺動(dòng)（看視頻）；大型噴氣式客機(jī)飛過(guò)時(shí)窗戶的振動(dòng)。 　　師：振動(dòng)系統(tǒng)本身有固有頻率，驅(qū)動(dòng)力也是周期性的當(dāng)然也有頻率，那么系統(tǒng)做受迫振動(dòng)時(shí)是以自己的固有頻率振動(dòng)呢？還是以驅(qū)動(dòng)力的頻率振動(dòng)？或者都不是呢？ 　　師：憑直覺(jué)猜一猜答案是什么？ 　　生：絕大多數(shù)能猜出不是以固有頻率振動(dòng)，否則老師不會(huì)出這個(gè)問(wèn)題，而兩種頻率都不是又過(guò)于復(fù)雜，只能是以驅(qū)動(dòng)力頻率振動(dòng)。老師幽默地說(shuō)：“肯定以驅(qū)動(dòng)力頻率振動(dòng)，因?yàn)橄到y(tǒng)做受迫振動(dòng)，既然是被迫的，自己當(dāng)然說(shuō)了不算，就得聽受迫源的” 　　師：從剛才列舉的幾個(gè)典型的例子中你能不能找到答案？ 　　師、生之間；生、生之間討論交流剛才的幾個(gè)實(shí)例，幾分鐘后學(xué)生發(fā)言闡述答案與理由，老師與其他同學(xué)給予點(diǎn)評(píng)。 　　最后選出三個(gè)最典型的實(shí)例：一是電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，當(dāng)電源頻率是50Hz時(shí)，振片就以50Hz的頻率振動(dòng)；當(dāng)電源頻率是60Hz時(shí)，振片肯定以60Hz的頻率振動(dòng)。二是挑物的小扁擔(dān)的振動(dòng)頻率與人上下振動(dòng)的頻率相同。三是被幼兒園老師有節(jié)奏推動(dòng)下的秋千的擺動(dòng)頻率等于老師推力的頻率。 　　師：從直覺(jué)上，從看到的現(xiàn)象上來(lái)看，系統(tǒng)做受迫振動(dòng)時(shí)是以驅(qū)動(dòng)力頻率振動(dòng)，下面我們專門做實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證一下我們得出的結(jié)論。 　　演示實(shí)驗(yàn)：圖11．5-2，先不通入電流使振子自由振動(dòng)，感性認(rèn)識(shí)固有頻率大小；再按教材要求做實(shí)驗(yàn)。 板書 3．在穩(wěn)定時(shí)受迫振動(dòng)的頻率總等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，與系統(tǒng)的固有頻率無(wú)關(guān)。 　　師：是不是系統(tǒng)的固有頻率對(duì)系統(tǒng)的振動(dòng)一點(diǎn)影響也沒(méi)有呢？這一次我們從感性入手，通過(guò)實(shí)驗(yàn)看一看能否找到規(guī)律。 　　演示實(shí)驗(yàn)：圖11．5-3（建議再增加一個(gè)E擺，擺長(zhǎng)比D擺還大），先讓學(xué)生明白A擺提供驅(qū)動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)力頻率等于由A擺擺長(zhǎng)決定的頻率；其余各擺都做受迫振動(dòng)，振動(dòng)頻率都等于驅(qū)動(dòng)力頻率，即都等于A擺的頻率；同時(shí)其余各擺都具有由自己擺長(zhǎng)決定的固有頻率，其中B擺的固有頻率等于驅(qū)動(dòng)力頻率，C擺的固有頻率大于驅(qū)動(dòng)力頻率，D、E兩擺的固有頻率都小于驅(qū)動(dòng)力頻率。但D擺的固有頻率更接近于驅(qū)動(dòng)力頻率。 　　讓學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)（可以多做幾次實(shí)驗(yàn)），說(shuō)出看到的現(xiàn)象，總結(jié)出規(guī)律或結(jié)論，老師組織同學(xué)們互相評(píng)價(jià)。 　　師總結(jié)出實(shí)驗(yàn)結(jié)論：做受迫振動(dòng)的系統(tǒng)，當(dāng)固有頻率等于驅(qū)動(dòng)力頻率時(shí)，振幅最大；當(dāng)固有頻率不等于驅(qū)動(dòng)力頻率時(shí)，二者越接近，振幅越大。 　　師：剛才的實(shí)驗(yàn)中由于B擺的固有頻率等于驅(qū)動(dòng)力頻率，導(dǎo)致B擺振幅最大的現(xiàn)象在物理學(xué)上叫共振。 板書 三、共振 1．驅(qū)動(dòng)力頻率等于系統(tǒng)的固有頻率時(shí)，受迫振動(dòng)的系統(tǒng)振幅最大的現(xiàn)象叫共振。 2．當(dāng)固有頻率不等于驅(qū)動(dòng)力頻率時(shí)，二者越接近，振幅越大。 3．共振曲線，圖11．5-4（讓學(xué)生說(shuō)出橫、縱軸的物理意義，f0的物理意義，教師提醒學(xué)生除峰值外，其他某一振幅都對(duì)應(yīng)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)力頻率。） 4．共振與受迫振動(dòng)的關(guān)系：共振是受迫振動(dòng)的一個(gè)特殊狀態(tài)。 　　師：就象受迫振動(dòng)一樣，共振現(xiàn)象也廣泛存在于生產(chǎn)、生活當(dāng)中。 板書 四、生活中的共振與減振 　　閱讀：科學(xué)漫步 　　演示：共振篩實(shí)驗(yàn) 　　【課堂小結(jié)】 　　1．阻尼振動(dòng) 　　2．受迫振動(dòng)的概念和規(guī)律 　　3．共振的概念、特點(diǎn) 　　【作業(yè)】 　　課本P21：1、2、3、4；通過(guò)圖書、雜志、互聯(lián)網(wǎng)等查找共振應(yīng)用與防止的其他實(shí)例，以后找機(jī)會(huì)交流。