人教版選修34 外力作用下的振動 第1課時 教案.docx

11.5 外力作用下的振動教學目標1、知識與技能（1）知道阻尼振動和無阻尼振動，并能從能量的觀點給予說明；（2）知道受迫振動的概念。知道受迫振動的頻率等于驅(qū)動力的頻率，而跟振動物體的固有頻率無關(guān)；（3）理解共振的概念，知道常見的共振的應用和危害。2、過程與方法：3、情感、態(tài)度與價值觀：教學重點：受迫振動，共振。教學難點：驅(qū)動力的頻率、固有頻率的區(qū)別。教學教具：彈簧振子、受迫振動演示儀、擺的共振演示器。教學過程：第五節(jié) 外力作用下的振動（一）復習提問注意觀察教師的演示實驗。教師把彈簧振子的振子向右移動至b點，然后釋放，則振子在彈性力作用下，在平衡位置附近持續(xù)地沿直線振動起來。重復兩次讓學生在黑板上畫出振動圖象的示意圖（圖1中的）。 再次演示上面的振動，只是讓起始位置明顯地靠近平衡位置，再讓學生在原坐標上畫出第二次振子振動的圖象（圖1中的）。和應同頻、同相、振幅不同。 結(jié)合圖象和振子運動與學生一起分析能量的變化并引入新課。（二）新課教學現(xiàn)在以彈簧振子為例討論一下簡諧運動的能量問題。問提1：振子從b向o運動過程中，它的能量是怎樣變化的？（彈性勢能減少，動能增加。）問提2：振子從o向c運動過程中能量如何變化？振子由c向o、又由o向b運動的過程中，能量又是如何變化的？問提3：振子在振動過程中總的機械能如何變化？（運用機械能守恒定律，得出在不計阻力作用的情況下，總機械能保持不變。）1、總機械能守恒將振子從b點釋放后在彈簧彈力（回復力）作用下，振子向左運動，速度加大，彈簧形變（位移）減少，彈簧的彈性勢能轉(zhuǎn)化為振子的動能。當回到平衡位置o時，彈簧無形變，彈性勢能為零，振子動能達到最大值，這時振子的動能等于它在最大位移處（b點）彈簧的彈性勢能，也就是等于系統(tǒng)的總機械能。在任何一位置上，動能和勢能之和保持不變，都等于開始振動時的彈性勢能，也就是系統(tǒng)的總機械能。小結(jié)：由于簡諧運動中總機械能守恒，所以簡諧運動中振幅不變。如果初始時b點與o點的距離越大，到o點時，振子的動能越大，則系統(tǒng)所具有的機械能越大。相應地，振子的振幅也就越大，因此簡諧運動的振幅與能量相對應。問提4：怎樣才能使受阻力的振動物體的振幅不變，而一直振動下去呢？（應不斷地向系統(tǒng)補充損耗的機械能，以使振動物體的振幅不變。）這種振幅不變的振動叫等幅振動。例如：電鈴響的時候，鈴錘是做等幅振動。電磁打點計時器工作時，打點針是做等幅振動。掛鐘的擺是做等幅振動，它們的共同特點是，工作時振動物體不斷地受到周期性變化外力的作用。這種周期性變化的外力叫驅(qū)動力。2、受迫振動在驅(qū)動力作用下物體的振動叫受迫振動。例如內(nèi)燃機氣缸中活塞的運動，縫紉機針頭的運動，揚聲器紙盆的運動，電話耳機中膜片的運動等都是受迫振動。問提5：受迫振動的頻率跟什么有關(guān)呢？讓學生注意觀察演示（圖3）。用不同的轉(zhuǎn)速勻速地轉(zhuǎn)動把手，可以發(fā)現(xiàn)，開始振子的運動情況比較復雜，但達到穩(wěn)定后，振子的運動就比較穩(wěn)定，可以明顯地觀察到受迫振動的周期等于驅(qū)動力的周期。這樣就可以得到物體做受迫振動的頻率等于驅(qū)動力的頻率，而跟振子的固有頻率無關(guān)。問提6：受迫振動的振幅又跟什么有關(guān)呢？演示擺的共振（裝置如圖4），在一根繃緊的繩上掛幾個單擺，其中a、b、g球的擺長相等。當使a擺動起來后，a球的振動通過張緊的繩給其余各擺施加周期性的驅(qū)動力，經(jīng)一段時間后，它們都會振動起來。驅(qū)動力的頻率等于a擺的頻率。實驗發(fā)現(xiàn)，在a擺多次擺動后，各球都將以a球的頻率振動起來，但振幅不同，固有頻率與驅(qū)動力頻率相等的b、g球的振幅最大，而頻率與驅(qū)動力頻率相差最大的d、e球的振幅最小。指出：驅(qū)動力的頻率跟物體的固有頻率相等時，振幅最大，這種現(xiàn)象叫共振。講解一下共振在技術(shù)上有其有利的一面，也存在不利的一面。結(jié)合課本讓同學思考，在生活實際中利用共振和防止共振的實例。小結(jié)本節(jié)（1）振動物體都具有能量，能量的大小與振幅有關(guān)，振幅越大，振動能量也越大；（2）當振動物體的能量逐漸減小時，振幅也隨著減小，這樣的振動叫阻尼振動；（3）振幅保持不變的振動叫等幅振動；（4）物體在驅(qū)動力作用下的振動是受迫振動，受迫振動的頻率等于驅(qū)動力的頻率；（5）當驅(qū)動力的頻率等于物體的固有頻率時，受迫振動振幅最大的現(xiàn)象叫共振；共振在技術(shù)上有其有利的一面，也存在不利的一面；有利的要盡量利用，不利的要盡量防止?！镜淅治觥坷?任何物體都有一定的固有頻率.如果把人作為一個振動系統(tǒng)，在水平方向的固有頻率約為3 hz6 hz，在豎直方向的固有頻率約為4 hz8 hz.拖拉機、風鎬、風鏟、鉚釘機等的操作工在工作時將做_振動，這時若操作工的固有頻率與振源振動的頻率_，就會對操作工的健康造成傷害.為保證操作工的安全與健康，有關(guān)部門作出規(guī)定：用于人工操作的各類振動機械的頻率必須大于20 hz，這是為了防止_所造成的傷害.解析這是關(guān)于共振的防止與利用問題。當驅(qū)動力的頻率接近或等于物體的固有頻率時可有效利用共振；使驅(qū)動力的頻率遠離物體的固有頻率可以防止共振引起的危害。答案：受迫、接近或相等、共振。例2。右圖為一單擺的共振曲線，則該單擺的擺長約為多少？共振時單擺的振幅多大？（g取10m/s2）解析由圖可知，單擺在f驅(qū)=f固=0.5hz時振動最劇烈，表明此時發(fā)生了共振，振幅為10cm。由，得：l=1.01m例3單擺在振動過程中，擺動幅度越來越小這是因為：( )a能量正在逐漸消滅 b動能正在轉(zhuǎn)化為勢能c機械能守恒 d總能量守恒，減少的動能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能解析單擺做振幅逐漸減小的阻尼振動，機械能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能。d正確。例4如圖所示，光滑斜面上物體a被平行于斜面的輕質(zhì)彈簧拉住靜止于o點現(xiàn)將a沿著斜面拉到b點無初速度的釋放，物體在b、c范圍內(nèi)做簡諧運動，則下列說法正確的有（ aboc ）aob越長，振動的能量越大b在振動過程中物體a的機械能守恒c物體a在c點時，由物體與彈簧構(gòu)成的系統(tǒng)勢能最小d物體a在c點時，由物體與彈簧構(gòu)成的系統(tǒng)勢能最大，在b點時勢能最小 解析由物體a與彈簧構(gòu)成的振動系統(tǒng)機械能守恒。彈簧的形變越大，系統(tǒng)振動的能量就越大。因b、c兩點的動能為零，則系統(tǒng)的勢能為最大。選項a正確?！局R檢測】1工廠里，有一臺機器正在運轉(zhuǎn)，當其飛輪轉(zhuǎn)得很快的時候，機器的振動并不強烈，切斷電源，飛輪逐漸慢下來，到某一時刻機器發(fā)生強烈的振動，此后飛輪轉(zhuǎn)得更慢，機器的振動又轉(zhuǎn)動減弱。這種現(xiàn)象說明（ ）a純屬偶然現(xiàn)象，并無規(guī)律b在某一時刻，飛輪的慣性最大c在某一時刻，飛輪轉(zhuǎn)動的頻率最大d在某一時刻，飛輪轉(zhuǎn)動的頻率與機身的固有頻率相等2如圖所示，一輕彈簧的左端固定在豎直墻上，右端與質(zhì)量為m的滑塊b相連，組成彈簧振子，在光滑的水平面上做簡諧運動.當滑塊運動到右側(cè)最大位移處時，在滑塊上輕輕放上一質(zhì)量為m的木塊a組成新振子，該系統(tǒng)繼續(xù)做簡諧運動。新振子的運動過程與原振子的運動過程相比（ ）a、新振子的最大速度比原振子的最大速度小b、新振子的最大動能比原振子的最大動能小c、新振子的最大勢能比原振子的最大勢能大d、新振子的彈簧最大形變比原振子的彈簧最大形變大3汽車的車身是裝在彈簧上的，如果這個系統(tǒng)的固有周期是1.5s，汽車在一條起伏不平的路上行駛，路上各凸起處大約都相隔8m，汽車以 的速度行駛時，車身上下顛簸得最劇烈。4.如圖所示，在一根張緊的水平繩上掛有5個單擺，其中b擺球質(zhì)量最大，其余4個擺球質(zhì)量相等，擺長關(guān)系為lclb=ldlale，現(xiàn)將b擺垂直紙面向里拉開一微小角度后釋放，經(jīng)過一段時間后，其余各擺均振動起來并達到穩(wěn)定時的情況是（ ）a、4個單擺的周期tctdtateb、4個單擺的頻率fa=fc=fd=fec、4個單擺的振幅aa=ac=ad=aed、4個單擺中d擺的振幅最大，且aeaa圖15一砝碼和一輕彈簧構(gòu)成彈簧振子，圖1所示的裝置可用于研究該彈簧振子的受迫振動。勻速轉(zhuǎn)動把手時，曲桿給彈簧振子以驅(qū)動力，使振子做受迫振動。把手勻速轉(zhuǎn)動的周期就是驅(qū)動力的周期，改變把手勻速轉(zhuǎn)動的速度就可以改變驅(qū)動力的周期。若保持把手不動，給砝碼一向下的初速度，砝碼便做簡諧運動，振動圖線如圖2所示。當把手以某一速度勻速轉(zhuǎn)動，受迫振動達到穩(wěn)定時，砝碼的振動圖線如圖3所示。t/sy/cm42208121626101411圖3若用t0表示彈簧振子的固有周期，t表示驅(qū)動力的周期，y表示受迫振動達到穩(wěn)定后砝碼振動的振幅，則（ ） 圖2y/cm2440468135722t/s a.由圖線可知t0=4sb.由圖線可知t0=8sc.當t在4s附近時，y顯著增大；當t比4s小得多或大得多時，y很小d.當t在8s附近時，y顯著增大；當t比8s小得多或大得多時，y很小6如圖所示是一個單擺的共