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课题 第二节 小球摆动装置——受迫振动和共振
课时 1课时（45 min） 总 19 课时
教学目标 知识技能目标： （1）了解受迫振动的概念 （2）知道受迫振动的特点 （3）能举出生活、生产中受迫振动的实例 （4）了解共振的概念 （5）知道共振产生的条件 （6）能举出共振的危害和应用实例 思政育人目标： （1）通过音叉实验，了解声音的共鸣，培养善于发现问题和解决问题的能力 （2）通过学习“关于共振现象的故事”这一案例，感受古人的智慧，坚定文化自信
教学重难点 教学重点：受迫振动和共振现象的概念 教学难点：共振的危害和应用实例
教学方法 讲练结合法
教学用具 电脑、投影仪、多媒体课件、教材
教学过程 主要教学内容及步骤 设计意图
问题导入 （4 min） 【教师】提出以下问题： 回忆单摆运动的概念，和单摆运动的特点？ 【学生】思考、举手回答 通过问题导入的方法，引导学生主动思考，激发学生的学习兴趣
传授新知 （24 min） 【教师】通过学生的回答引入要讲的知识 知识点 自由振动和阻尼振动 【教师】举例讲解自由振动、阻尼振动、受迫振动和受迫振动的特点 系统不受外力，也不受任何阻力，只在自身回复力作用下的振动称为自由振动或无阻尼振动。弹簧振子和单摆的振动都属于自由振动。 系统振动过程中受到阻力作用，振动逐渐消失，振动能量逐渐转化为其他能量，这种振动叫作阻尼振动，其图象如图5-12所示。振动系统受到的阻尼越大，振幅减小得越快，阻尼过大时，系统将不发生振动。阻尼振动过程中，系统的周期和频率不变。现实中（非理想状态下）的振动都是阻尼振动。 振子能够持续振动下去的原因，是把手给了振动系统一个周期性的外力作用，外力给系统做功，补偿了系统的能量损耗。使系统持续振动下去的外力叫驱动力。物体在外界周期性驱动力的作用下的振动，叫作受迫振动。 用不同的转速匀速地转动受迫振动实验装置上的把手，观察振子的振动，发现当把手转速较小时，振子振动较慢；当把手转速较大时，振子振动较快。由此可知，物体做受迫振动时，振动的快慢随驱动力的周期而变化。 物体做受迫振动的振幅由驱动力的频率和物体的固有频率共同决定：两者越接近，受迫振动的振幅越大；两者相差越大，受迫振动的振幅越小。物体做受迫振动时，振动稳定后的频率等于驱动力的频率，即；受迫振动的频率与物体的固有频率没有关系。 【学生】聆听、理解、做笔记 知识点 共振 【教师】通过共摆实验讲解共振的概念 在一根张紧的绳上挂几个摆，其中A，B，C的摆长相等。 图5-14 共振摆实验装置 先让A摆摆动，观察发现A摆摆动起来后，其余摆也随之摆动，但是它们摆动的振幅不同。其中，A，B，C摆的振幅差不多，而D摆的振幅最小。 这是因为A，B，C摆的摆长相同，根据和，得到A，B，C三个摆的固有频率相同。D摆的摆长与A摆相差最多，两者的固有频率相差最大。A摆振动后通过张紧的绳子给其他各摆施加驱动力，使各摆做受迫振动，它们振动的频率都等于A摆的固有频率。 由此可知：当驱动力的频率f等于振动物体的固有频率时，振幅最大；当驱动力的频率f与固有频率相差越大时，振幅越小。 1．共振的概念 物体在受迫振动中，当驱动力的频率（或周期）接近物体的固有频率（或固有周期）时，受迫振动的振幅最大，这种现象叫作共振。 2．发生共振的条件 当驱动力的频率与物体的固有频率相等或接近（即）时，才会发生共振。 3．共振曲线 通过上述实验可知，受迫振动的振幅A与驱动力的频率及振动物体的固有频率有关，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，如图5-15所示。 图5-15 共振曲线 共振曲线上的纵轴表示受迫振动的振幅，横轴表示驱动力的频率。 从共振曲线可以看出：当驱动力的频率等于物体的固有频率时，物体的振幅最大；当驱动力的频率与物体的固有频率相差越大时，物体的振幅越小。 【学生】聆听、理解、记笔记 知识点 共鸣 【课堂互动】 【教师】提出任务： 将两个频率相同的带有共鸣箱（使音叉的声音加强）的音叉放在实验台上，如图5-16所示。 实验一：先用小槌敲打音叉A的叉股，使它发声，过一会儿用手按住音叉A的叉股，使其停止发声，观察发生的现象。 实验二：为音叉B的叉股套上一个套管，重复实验一中的操作，观察发生的现象。 【学生】按照要求实验，观察其现象 【教师】通过音叉实验讲解共鸣的概念 由声音产生的共振现象叫共鸣。 【学生】聆听、理解 知识点 共振的防止和利用 【教师】举例讲解共振的防止 在某些情况下，共振可能会造成破坏。要防止共振，应使驱动力的频率与振动物体的固有频率不同，而且相差越大越好。 例如，军队或火车过桥时，整齐的步伐或车轮对铁轨接头处的撞击会对桥梁产生周期性的驱动力，如果驱动力的频率接近桥梁的固有频率，就可能使桥梁的振幅显著增大，以致桥梁断裂。因此，部队过桥要用便步，以免产生周期性的驱动力；火车过桥要慢开，使驱动力的频率远小于桥梁的固有频率。 又如，轮船航行时，如果所受波浪冲击力的频率接近轮船左右摇摆的固有频率，轮船可能会倾覆。这时，可通过改变轮船的航向和速度，使波浪冲击力的频率与轮船摇摆的固有频率相差较大。 机器运转时，零部件的运动（如活塞的运动、轮的转动等）会产生周期性的驱动力，如果驱动力的频率接近机器本身或接近支持物的固有频率，就会发生共振，使机器或支持物受到损坏。这时，要采取相应的措施，如调节机器的转速，使驱动力的频率与机器或支持物的固有频率相差较大。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。 【学生】聆听、理解、记笔记 【教师】举例讲解共振的利用 日常生活及生产中，应用共振的例子很多，共振筛就是其中的一种。它是用四根弹簧把筛子支起来，在筛架上安装一个偏心轮。偏心轮在发动机的带动下转动。适当调节偏心轮的转速，可使筛子受到的驱动力的频率接近筛子的固有频率，这时筛子发生共振并有显著的振幅，提高了筛除杂物的效率。 除此之外，吉他、小提琴、二胡等乐器上的共鸣箱，建筑工地上浇铸混凝土时使用的振捣器以及跳水运动员做起跳动作的“颠板”过程等，都是共振的应用。 【学生】聆听、理解、记笔记 通过教师的讲解和演示，使学生受迫振动的概念，知道受迫振动的特点，能举出生活、生产中受迫振动的实例，了解共振的概念，知道共振产生的条件，能举出共振的危害和应用实例
课堂讨论 （10 min） 【教师】组织学生以小组为单位讨论以下问题： 共振是有益的还是有害的？请举例说明，在生活中如何利用共振？ 【学生】聆听、思考、小组讨论，由小组代表上台发表讨论结果 【教师】与学生一起评价各组的发言 通过课堂讨论，巩固所学知识，加深学生对所学知识的理解，并将所学知识与实践相结合
课堂小结 （3 min） 【教师】简要总结本节课的要点 本节课学习了受迫振动、受迫振动的特点、共振的概念、共振产生的条件等知识，重点是概念的理解与简单的计算；希望大家在课下多加练习，巩固课上所学知识，深刻理解受迫振动与共振的相关知识。 【学生】总结回顾知识点 总结知识点，巩固学生对受迫振动、共振相关知识的印象
作业布置 （2 min） 【教师】布置课后作业 完成教材中的习题5-2 【学生】完成课后作业 通过课后作业复习巩固学到的知识，提高计算能力
教学反思 本次课是学生学习机械振动的第二节，主要研究了共振，受迫振动，在教材处理上要以概念讲解为主，在教学中遇到一些意想不到的问题，学生不能按计划时间回答问题。在我们设计教学方案时，我们应该想想：“学生已有哪些生活经验和知识储备”，“怎样依据有关理论和学生实际设计易于为学生理解的教学方案”，“学生在接受新知识时会出现哪些情况”等，要在备课时，预备好能应对各种情况的不同的学习方案。

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