2022年2021-2021年高中物理14阻尼振动受迫振动教案教科版选修3-4 .pdf

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1、2019-2020 年高中物理 14 阻尼振动受迫振动教案教科版选修3-4课题阻尼振动受迫振动课型新授课课时数1 课时教学目标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。重点难点重点： 1. 什么是受迫振动. 2.什么是共振及产生共振的条件难点： 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驱固时，物体做受迫振动的振幅最大。教学过程主要内容（教师填教法或点拨的方法 , 学生填知识要点或反思）一、二、三、四、【预习导引】1. 什么是阻尼振动? 学生答：实际的振动

2、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。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 . 【建构新知】1. 受迫振动(1) 演示，用右图所示的实验装置向下拉一下振子，观察它的振动情况. 学生答：振子做的是阻尼振动. 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

3、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：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. 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；正在发声的扬名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - -

4、 - - - 第 1 页，共 11 页 - - - - - - - - - 五、六、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) 受迫振动的实例电磁打点计时器的振针；工作时缝纫机的振针；扬声器的纸盒；跳水比赛时，人在跳板上走过时，跳板的振动；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? 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. 学生叙述观察到的现象：当把手转速小时

5、，振子振动较慢；当把手转速大时，振子振动较快. 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：经过定量实验证明物体做受迫振动时，振动稳定后的频率等于驱动力的频率. 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) 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 . 演示： 先让 A摆摆动， 观察在摆动稳定后的现象 . 学生描述看到的现象 . A摆动起来后，

6、B、C、D、E也随之摆动，但是它们摆动的振幅不同，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 据和 得到，A、B、C三摆的固有频率相同. B、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 . 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - -

7、 - - - - 第 2 页，共 11 页 - - - - - - - - - 七、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. 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

8、频率与固有频率相差越大，物体的振幅越小. 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：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. 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. 在音叉的叉股上套上一个套管，重新做步骤， 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. 第一次实验时，A、B的固有

9、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 . 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) 学生回答什么是声音的共鸣? ( 声音的共振现象叫共鸣) 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：应用的实例：a: 小提琴、二胡等乐器设置共鸣箱. 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - -

10、 - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 3 页，共 11 页 - - - - - - - - - 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. 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：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) 防止共振时， 应如何做 ? ( 在需要防止共振时，应使驱动力的频

11、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? 【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。() （2）共振时单摆的振幅为。【课堂训练】课本问题与练习P12 【回顾小结】1. 物体在外界驱动力作用下所做的振动叫受迫振动. 受迫振动的频率取决于驱动力的频率；2. 共振是受迫振动的特殊情况，共振是当驱动力的频率等于物体固有频率时，受迫振动的振幅最大的现象. 3. 共振在实际中的应用，往往是利用共振振幅大的特点，但有时也要防止发生共振，避免产生有害后果. 八 、教 学反思九、课后作业: 课本中本节课后练习1、22019-2020 年高中物

12、理 14.2 电磁振荡教学设计新人教版选修3-4【教学目标 】一、知识与技能1会分析电磁振荡过程中极板上的电荷量、板间电场强度、电场能和线圈中的电流、磁感应强度、磁场能等各物理量的变化规律。2理解电容、电感线圈在振荡过程中的作用。50.00Afcm/Hz/6名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 4 页，共 11 页 - - - - - - - - - 3知道振荡过程中振幅逐渐减小的原因，知道如何得到振幅不变的振荡。4知道电磁振荡的周期与频率公式。二、过程与

13、方法1通过对演示实验的观察，培养学生的观察能力、逻辑推理能力和想象能力。2通过对电磁振荡课件的观察，培养学生的分析能力、比较能力和概括能力。三、情感态度与价值观1通过对振荡过程中各物理量变化的分析，让学生体会物理过程中的守恒思想。2通过画出一些物理量变化图形，让学生体会图象对复杂现象研究的简洁之美、对称美、和谐美。【教学重点 】电磁振荡过程中各物理量的变化规律及各物理量变化之间的关系。【教学难点 】电容、电感线圈在振荡过程中的作用。【教学方法 】启发学生思考讨论；对比总结归纳；演示实验；多媒体课件辅助。【教学模式 】教师引导下的讨论式。【教学用具 】电磁振荡演示实验仪；多媒体课件及配套设施；振

14、荡过程分析图表（提前印发给学生，一式两份）【教学过程 】一、复习并引入新课名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 5 页，共 11 页 - - - - - - - - - 师：什么叫机械振动，它有哪些重要的特点？生讨论得：物体在某一位置两侧所做的往复运动叫机械振动，它的最重要的特点是一些物理量都做周期性的变化，如回复力、加速度、位移、速度、动能、势能等。师：机械振动在介质中传播就形成了机械波，我们第1 节学习的电磁波肯定也是某种振动的传播引起的，我们把这种振

15、动叫做电磁振荡，本节课我们就研究电磁振荡的产生及变化规律。二、新课教学板书一：电磁振荡的产生板书 1振荡电路LC回路板图（如图 -1 所示）并介绍各组成部分，指出哪部分电路叫LC回路板书 2电磁振荡的产生介绍与板图对应的LC回路实验装置、实验的做法。先让学生猜可能看到什么现象，然后教师再演示（可以多做几次），让学生说出看到了什么现象？说明了什么？（电流表的指针左右摆动；摆动幅度越来越小，最后停止。说明了电路中的电流是大小、方向都在变化的，最后变为零。）师：如果忽略能量损耗，LC回路中的电流大小就不会变化，也就是说回路中的电流的大小和方向做周期性的变化，我们把这种电流叫振荡电流。板书 3振荡电路

16、中产生的大小和方向做周期性的变化的电流叫振荡电流。师：这种电流其实就是交变电流，如果用示波器观察会发现，它的波形也是正弦形状，但是由于频率很高，可以达到KHZ或 MHZ，因此把它叫做振荡电流。名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 6 页，共 11 页 - - - - - - - - - 师：从演示实验中我们可以看出振荡电流的变化经过几个过程后就开始重复，从电容器刚开始放电说起，电流的大小、方向经历了几个过程后就完成一个周期呢？可以把演示实验中看到的现象与黑

17、板上的电路图结合起来考虑。生讨论得：逆时针增大；逆时针减小；顺时针增大；顺时针减小。师：大家把电流的变化规律填在印发的振荡过程分析图表上，甲图即为电容器刚开始放电的瞬间，如在甲图下方填上i=0 ，在的下方填写电流逆时针，增大，依次类推，把一个周期中的振荡电流的变化规律填在图表上。学生填写后，教师让几个同学上讲台用实物投影演示答案、教师组织大家核对点评。师：大家知道机械振动过程中发生周期性变化的物理量有多个，那么在电磁振荡过程中发生周期性变化的物理量是只有电流吗，还有什么物理量？生讨论得：极板上的电荷量、板间电场强度、电场能和线圈中的电流、磁感应强度、磁场能。师：从演示实验的装置中我们只能感性认

18、识振荡电流的变化规律，要感性认识其它物理量的变化规律，我们要借助多媒体课件，把我们看不到的东西显现出来。板书二、振荡过程中的变化规律教师演示电磁振荡课件，将所有物理量的变化都显示出来，要求学生观察一个周期中极板上的电荷量、板间电场强度、电场能和线圈中的电流、磁感应强度、磁场能等各物理量的变化规律。将观察到的结果填在分析图表的相应位置上，比如第一个过程如图-2 所示（用实物投影演示）。同时若规定逆时针方向的电流为正，在相应位置画出i-t图象，画出电容器上极板的q-t图象。名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - -

19、- - - - - - - - - - - - 第 7 页，共 11 页 - - - - - - - - - 学生观看课件（课件中的变化过程要缓慢），一边讨论，一边填写各物理量的变化规律，最后找几个同学上讲台用实物投影展示、讲解自己的结论（学生自己用暂停键控制课件进行讲解，每个学生只展示一个过程，教师组织其他同学点评），最后形成如图-3 所示的结论。名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 8 页，共 11 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结

20、 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 9 页，共 11 页 - - - - - - - - - 师：为什么LC 回路中会出现这样的变化规律呢？这肯定与线圈和电容器起的作用有关。教师组织学生讨论线圈与电容器都起到什么作用，教师可以提问：如果用导线直接连接充满电的电容器还有没有振荡产生？如果用导线直接连接充满磁场能的线圈还有没有振荡产生？以此来激发学生的讨论。板书三、振荡的产生机理：线圈的自感作用和电容器的充放电作用造成电场能与磁场能的相互转化。师：既然我们知道了振荡的产

21、生机理，我们能不能不从感官上分析物理量的变化规律，而完全根据机理逻辑推理各物理量的变化规律呢？生讨论，教师点拨关键之处：如第一次放电完毕的瞬间电流开始减小，但方向仍是逆时针，同时电流方向是正电荷流动方向，因此电容器的下极板的正电荷越来越多，上极板的负电荷越来越多，即电容器开始反向充电。名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 10 页，共 11 页 - - - - - - - - - 师：大家从逻辑推理的角度再填写一次分析图表，填完后与刚才的进行核对，看是否一

22、样。生：逻辑推理，填写图表，核对。师：在刚才的演示实验中我们可以看到，由于能量的损耗，振荡电流是逐渐减弱的，如果画出电流随时间变化的曲线，我们发现它的振幅会越来越小，仿照阻尼振动的说法，这种振荡我们可以叫做阻尼振荡，同样类比受迫振动的知识，请你说一说如何能得到振幅不变的电磁振荡？生：不断补充能量板书四、实际的等幅振荡是依靠电源不断补充能量得到的。师：大家知道简谐振动的周期具有固有性，只与振动系统自身有关；那么电磁振荡的周期会不会也有固有性，也只与自身结构有关呢？猜一猜与自身的什么有关？是什么关系？组织学生讨论。最后教师与学生共同看教材上的公式，并简单了解晶体振荡器。板书五、电磁振荡的周期与频率具有固有性；【课堂小结】1电磁振荡过程中极板上的电荷量、板间电场强度、电场能和线圈中的电流、磁感应强度、磁场能等各物理量的变化规律。2电容、电感线圈在振荡过程中的作用。3电磁振荡的周期。名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 11 页，共 11 页 - - - - - - - - -