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1、教科版 选修3-4 第一章 机械振动第四节阻尼振动 受迫振动 教学设计【设计思路】在物理新课教学中，如果没有生活实例，没有实验，没有思考与讨论，没有趣味性，而是纯粹的讲授，这样的课堂是空洞、乏味的，不能激起学生学习物理的兴趣。本节课尝试着安排动画演示、比较精彩的演示实验、思考与讨论、个别提问等教学环节，采用多种手段让学生参与到课堂中，希望能实现“让学生在愉快有趣的课堂中学到知识”的愿望。【教学目标】1.知道什么叫自由振动、固有频率、固有周期，固有频率由什么因素决定。2.知道什么叫阻尼振动，关于阻尼振动应该注意什么，自由振动与阻尼振动的振动图像的区别。3.知道驱动力、受迫振动的概念、受迫振动稳定
2、后的频率等于驱动力的频率。4.知道什么叫共振，理解共振产生的条件。5.知道共振的应用和防止。【教学重点难点】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，跟物体的固有频率无关。2.受迫振动中，驱动力的频率等于振动物体的固有频率时，振幅最大；驱动力的频率跟固有频率相差越大，振幅越小。【课时安排】 1课时【教学方法】 讲授法、问答法、演示实验法、分组讨论法等【教学设备】 电子白板、高画质摄像机【教学过程】课前三分钟，全班起立齐读课本P19的“本章小结”。一 新课引入通过PPT展示“竖直弹簧振子”和“单摆”的动态图，采用问答式复习两种简谐运动，提及它们的振动图像，在复习中引出新的概念“自由
3、振动：系统不受任何外力作用，也不受任何阻力，只在自身回复力作用下的振动叫做自由振动。”“固有频率：自由振动的频率叫做系统的固有频率。固有频率由系统本身的特征决定。”二 阻尼振动通过PPT展示学生熟知的架子鼓组成部分“吊镲”和“鼓”的慢动作动态图。凭借动态图同学们可以清楚地看到“吊镲”和“鼓”在振动，凭借生活经验（如果不持续地敲击，它们的声音会逐渐消逝）可以推断它们的振动由于受到阻力的作用在减弱直至消失。引出新的概念“阻尼振动：系统在振动过程中受到阻力的作用，振动逐渐消逝，振动能量逐步转变为其他能量，这种振动叫做阻尼振动。”明确关于阻尼振动要注意以下三点：振幅减小的快慢跟所受的阻尼有关，阻尼越大
4、，振幅减小得越快。物体做阻尼振动时频率不变。实际的振动一定是阻尼振动。接下来教师和学生一起比较自由振动与阻尼振动的振动图像。结合刚学过的“阻尼振动”，展示一道课后习题。给学生适当时间思考后，邀请学生回答。思考：实际的振动系统做阻尼振动时，它的( B D )A. 位移越来越小B振幅越来越小C动能越来越小D机械能越来越小三 受迫振动继续追问：一般情况下的振动因为受到阻力，最终都要停下来，那么怎样才能使振动持续下去呢？让学生结合生活实例“荡秋千”来发表看法。经过讨论，师生得出“用周期性外力作用于振动系统，补偿系统机械能的损耗，使系统持续等幅地振动下去。”的结论。顺势引出两个新的概念“驱动力：作用在振
5、动系统上的周期性外力。”，“受迫振动：系统在驱动力作用下的振动。”组织学生讨论“请你举出受迫振动的例子。”经过讨论，老师重复学生讲出来的实例，并通过PPT补充展示受迫振动的例子：（1）外力作用下持续荡秋千的过程；（2）机器底座在机器运转时发生的振动；（3）听到声音时耳膜的振动；（4）电磁打点计时器的振针所做的振动。引导学生思考“受迫振动稳定后的频率跟什么有关呢?”结合图右的实验装置，介绍该装置的组成及工作原理，播放该装置的演示实验视频。和学生一起思考讨论得出“结论：物体做受迫振动时，振动稳定后的频率等于驱动力的频率，跟物体的固有频率无关。”四 共振引导学生思考“物体做受迫振动时，振动稳定后的频
6、率等于驱动力的频率，跟物体的固有频率无关，但是物体做受迫振动的振幅是否与物体的固有频率有联系呢?”演示实验：“探究钢片做受迫振动时的振幅与驱动力频率的关系。”该实验的器材有3节干电池、滑动变阻器、开关、普通钢锯（钢片）、带偏心轮的电动机、导线、支架等。用“502”胶水将电动机粘在钢片距其中一端约三分之一处，把钢片固定在支架上，采用分压式接法把电动机接入电路。闭合开关，从零开始调节电动机两端的电压，钢片做受迫振动，振动频率与电动机转动频率相同，我们会清楚地观察到钢片的振幅先增大后减小，期间出现了一个振幅峰值。（由于距离的原因，坐在教室中间和后排的学生看不到实验过程，所以在做实验时，请学生用高画质
7、摄像机把实验过程实时传输到电子白板，这样学生就可以清晰地看到实验场景。）引导学生猜想“当受迫振动的振幅最大时，驱动力的频率和振动物体的固有频率存在什么关系?”，这个时候绝大部分学生会猜测“等于”，教师要告诉学生“大家观察了钢片振动的实验现象，提出了自己的猜想，要做实验才能验证自己的猜想是否正确”。培养学生的科学思维。顺理成章地引出接下来的演示实验。演示实验：教材P14 “研究摆的共振”，通过实验，学生很清楚地看到与人为摆动起来的小球摆长一样长的摆球振幅最大，摆长较长或较短的小球振幅较小。于是得出结论“受迫振动中，驱动力的频率等于振动物体的固有频率时，振幅最大；驱动力的频率跟固有频率相差越大，振
8、幅越小。”通过上面两个实验，顺势用PPT展示共振的概念，介绍共振曲线。“共振：驱动力的频率等于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。”科学家们通过大量的实验，得出了“共振曲线”，见教材P15 右上角，横轴表示驱动力的频率，纵轴表示受迫振动的振幅。图象的意义：f驱= f固时，振幅有最大值，f驱与 f固差别越大时，振幅越小。五 共振的应用和防止PPT展示、教师讲解：“共振的应用：测量发动机转速的转速计（附图）、共振筛（附图）、龙洗盆（附图）、跳板跳水（附图）等。”教师详细介绍发动机测速计工作原理，播放电动机测速计和共振筛的演示视频。有些产品学生没有见过，如果只是看看图并附加一
9、点说明，学生记忆不深刻，课堂没有吸引力。演示实验：龙洗盆。传说龙洗盆是朱元璋为不爱洗脸的儿子召集全国能工巧匠打造而成的，摩擦龙洗盆的两只“耳朵”，会产生共振，使得盆里面的水溅起来。这个实验很有趣，教师先请学生上来尝试，有的学生通过摸索，摩擦双耳后，会让盆里的水起水纹，但是没有溅起来。对上台做实验的学生给以掌声肯定，接着老师浸湿双手，一摩擦，马上就溅起水花，学生会很惊奇，很感兴趣，留下深刻的印象。（由于距离的原因，坐在教室中间和后排的学生看不到实验过程，所以在做实验时，请学生用高画质摄像机把实验过程实时传输到电子白板，这样学生就可以清晰地看到实验场景。）PPT展示、教师讲解：“共振的防止：(1)
10、军队过桥要用便步，火车过桥要慢开。”结合PPT展示的图片，讲述故事。1831年，一队骑兵通过英国曼彻斯特附近的布劳顿吊桥时，由于马蹄运动节奏一致，其频率与桥的固有频率相同，使桥发生共振而断裂。讲到火车过桥时，除了讲清楚为什么火车过桥要慢开，同时可以借助这个机会，进行爱国主义教育：高铁是我们国家一张靓丽的名片，我们国家主席和总理曾邀请外国友人体验乘坐高铁（附新闻图片），除了高铁，我们国家还有很多的技术处于世界领先地位，作为一名中国人是很自豪的。我们深信“中国梦”一定可以实现。播放视频，让学生了解共振的危害： 1940年，美国的全长860米的塔柯姆大桥因大风而塌毁。PPT展示、教师讲解：“共振的防
11、止：(2)轮船航行时（附图），如果所受波浪的冲击力的频率接近轮船左右摇晃的固有频率，可能会使轮船倾覆。这时可以改变轮船的航向与速度，使波浪冲击力的频率远离轮船摇晃的固有频率。 (3)发射载人宇宙飞船（附火箭起飞和航天英雄杨利伟图片）时，要考虑共振可能给宇航员造成的伤害。因为人的内脏和身躯的固有频率一般在几赫兹范围内，而大型火箭发射时要产生较强的超低频振动，这种振动形成的驱动力也容易使人体器官发生共振，造成人体器官的损伤。 (4)机器运转时，零部件的运动（如活塞的运动、轮的转动）会产生周期性的驱动力。要调节机器的转速，使驱动力的频率远离机器或机器支座的固有频率。同样，厂房建筑物的固有频率也不能处
12、在机器振动的频率范围之内。”讲到（4）的时候，播放一个直升机由于共振而被严重损坏的视频，学生会感觉到很震撼，会在脑海中留下深刻印象：共振有的时候是有危害的，一定要防止！PPT展示：“注意：在前面介绍的“军队过桥、火车过桥、波浪冲击轮船等”例子中，当驱动力的频率等于振动物体的固有频率时，受迫振动的振幅最大！而实际上，只要驱动力的频率接近振动物体的固有频率时，受迫振动的振幅就会比较大,就可能会出现桥梁断裂、轮船倾覆等情况。”PPT展示：“总之，在需要利用共振时，应使驱动力的频率接近或等于振动系统的固有频率；在需要防止共振时，应使驱动力的频率远离振动系统的固有频率。”学完以上内容后，给出两个题目，给
13、出思考时间并请学生起立作答，以巩固所学知识。1. 如图所示，是用来测量各种发动机转速的转速计原理图。在同一铁支架NM上焊有固有频率依次为80Hz、60Hz、40Hz、20Hz的四个钢片a、b、c、d。将M端与正在转动的电动机接触，发现b钢片振幅最大，则电动机转速为3600r/min，a、b、c、d此时振动频率为60Hz。2.如图所示演示装置，一根张紧的水平绳上挂着四个单摆，让b摆摆动，其余各摆也摆动起来，可以发现（ A ）A.各摆摆动的周期均与b摆相同B.a 摆摆动周期最短C.c摆摆动周期最长D.c摆振幅最大六 课题小结采用问答式进行小结。1.自由振动：2.固有频率：3.阻尼振动：4.受迫振动：稳定时受迫振动的频率等于驱动力的频率。5.驱动力的频率等于物体的固有频率时，受迫振动的振幅最大，这种现象叫做共振6.共振的应用和防止。七 教学反思这节课充满了欢声笑语，课堂氛围好，学生积极配合，应该是本节课有三个比较好的演示实验、比较精彩的视频，课堂设计比较合理的缘故。刚一下课就有很多同学围在这三个演示实验器材旁（特别是龙洗盆旁），都想亲自试一试。我领悟到要想让学生喜欢上物理这一学科，就应该用心设计课堂，多做实验，多让学生动手。这节课也有不足的地方，比如全程都在使用PPT，没有在黑板上写下本节课的重要知识，没有提醒学生在书上记下重要的结论。这节课如果有不足之处，肯请各位老师批评指正，谢谢！
