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第六节 受迫振动 共振（教学设计）
年级 高二年级 学科 物理 教师
课题 第二章 第六节 受迫振动 共振
教学 目标 物理观念 1. 理解固有振动、阻尼振动、受迫振动与共振的概念； 2. 掌握共振产生的条件及其振幅变化规律。
科学思维 1. 通过实验观察与图像分析，归纳受迫振动频率与振幅的规律； 2. 能用共振原理解释生活与科技中的相关现象。
科学探究 1. 通过共振仪实验探究受迫振动振幅与固有频率的关系； 2. 能通过图像与数据分析理解共振曲线。
科学态度 与责任 1. 认识共振在生活与科技中的应用与危害； 2. 培养严谨探究的态度，增强物理与生活联系的意识。
教学重难点 教学重点： 1. 共振现象的条件和特征； 2. 受迫振动的振幅与驱动力频率之间的关系。 教学难点： 1. 掌握共振现象的条件和特征，能够结合实际生活中的例子，分析共振的应用。 2. 共振曲线的物理意义及其应用分析，并理解如何通过技术手段控制共振。
教学过程
教师活动 学生活动
教学引入 【新课导入】 提出现象和问题，手的搓动为什么会引起这种独特的喷水现象呢？ 导入新课，播放“龙洗”喷水视频，提问：“手的搓动为何会引起喷水？”激发学生兴趣。观察现象，思考振动与外力之间的关系，提出初步猜想。
新课讲授一、固有振动 【定义阐述】 1.定义固有振动：通过对弹簧振子及单摆的研究，我们知道弹簧振子与单摆在没有外力干预的情况下做简谐运动，周期或频率与振幅无关，仅由系统自身的性质决定，我们把这种振动称为固有振动。 固有振动的频率称为固有频率；固有振动的周期称为固有周期 固有振动的特点： *振动系统不受外力作用，由系统内部的相互作用力提供回复力； *固有频率由系统本身的固有性质决定； *振幅不变，机械能守恒。 【问题思考】 问题1：现实生活中是否存在固有振动？如图荡秋千时，人坐在秋千座板上抓住钢索不动，从一定的高度摆下，之后秋千的振幅如何变化？为什么？ 问题2：如图弹簧振子在实际的振动中振幅如何变化？能一直振动下去么？为什么？ 由于振动系统受到摩擦阻力的作用，使振动系统的机械能逐渐转化内能。 【观察阻尼振动的图像】 问题讨论中引导学生思考秋千、弹簧振子在实际中振幅为何会减小。师生讨论摩擦阻力导致机械能损耗，理解振动不能持续的原因。
新课讲授二、振动中的能量损失 【定义阐述】 1.阻尼振动：振幅随时间逐渐减小的振动称为阻尼振动。 2.特点： (1) 受到阻力 (2) 机械能逐渐减小 (3) 振幅逐渐减小 (4) 周期和频率保持不变 3.振动系统能量衰减的两种方式： (1)摩擦阻尼：由于振动系统受到摩擦阻力的作用，使振动系统的机械能逐渐转化内能。如：单摆受空气阻力 (2)辐射阻尼：由于振动系统引起邻近介质中各质点的振动，使能量向四周辐射出去，从而自身机械能减少。如：音叉向外辐射能量 【对比分析】 简谐运动与阻尼振动的比较 【思考总结】 阻尼振动最终要停下来，那么怎样才能产生持续的振动呢 用周期性外力作用于振动系统，通过外力对系统做功，补偿振动系统机械能的损耗，使系统持续地振动下去 引入阻尼振动概念，讲解其特点（振幅减小、频率不变），分析摩擦阻尼与辐射阻尼。学生理解阻尼振动的成因与特点，完成简谐运动与阻尼振动的对比表格。老师展示阻尼振动图像，引导学生分析振幅衰减规律。学生观察图像，描述振幅随时间的变化趋势。
新课讲授三、受迫振动 【定义阐述】 1.驱动力：维持受迫振动的周期性外力 2.受迫振动：系统在外界驱动力作用下的振动。 【思考讨论】 思考:受迫振动的频率与什么因素有关呢 【实验探究】 【实验1】受迫振动的频率 实验结论：受迫振动稳定时的频率等于驱动力的频率，与系统的固有频率无关。 进一步思考探探究：物体受迫振动的振幅是否与它的固有频率无关呢？ 【实验2】 利用共振仪观察受迫振动振幅的差别 改变驱动摆A的摆长，观察其它各摆的振幅 实验现象:当自身摆长与驱动摆A的摆长相同时，自身摆振幅最大 现象分析:各摆的固有频率取决于自身的摆长，当自身摆长与A摆的摆长相同时，即物体做受迫振动的固有频率与驱动力的频率相同时，振幅最大。 【观看总结视频巩巩固知识】 学生明确驱动力与受迫振动的定义，通过实验视频验证频率由驱动力决定。观看实验视频，总结受迫振动的频率特性。 通过共振仪演示不同摆长的振幅差异，引导学生发现振幅最大的条件。学生观察实验现象，归纳“固有频率=驱动力频率时振幅最大”的结论。
新课讲授四、共振现象及其应用 【定义阐述】 共振 1.定义：驱动力的频率等于物体的固有频率时，物体做受迫振动的振幅达到最大值，这种现象叫做共振。 2.共振曲线： 3.共振规律： 当 f固 和 f驱 相差很大时，振幅较小 当 f固 和f 驱 相差很小时，振幅较大 当 f固 = f 驱 时，振幅增大 4.应用与危害： 利用视频观看共振的实际危害 1940年，美国的全长860米的塔柯姆大桥在建成后的4个月就因风共振而倒塌。 【利用与防止】 利用共振：应使驱动力的频率接近或等于振动物体的固有频率； 防止共振：应使驱动力的频率与物体的固有频率不同，而且相差越大越好。 【现象思考】 现象一：唐朝的时候，洛阳某寺一僧人房间的一件乐器磬，经常莫名其妙的自动鸣响，这是什么物理原理呢？ 现象二：登山队员在登山过程中不能大声说话，为什么？ 现象三：各国都规定大队人马过桥，要便步通过，为什么？ 【历史事件】 1831年，一队骑兵通过曼彻斯特附近的一座便桥时，由于马蹄节奏整齐，桥梁发生共振而断裂。 军队过桥便步走,火车过桥慢行 【生活应用】 1.微波炉加热原理：食物中水分子的振动频率约为2500MHz。微波炉加热食品时，炉内产生大致相同频率的 电磁波，也称为 “微波”。使食物中的水分子做受迫振动，发生共振，将电磁辐射能转化为内能，从而使食物的温度迅速升高。微波加热是对物体内部的整体加热，极大地提高了加热效率。 2.大千世界：美国有一农场农妇，习惯于用吹笛的方式招呼丈夫回家吃饭，可当她有一次吹笛时，居然发现树上的毛毛虫纷纷坠地而死，惊讶之余，她到自己的果园吹了几个小时，一下子将果树上的毛毛虫收拾的一干二净.这是怎么回事呢？大家能解释吗？ 原因： 笛子发出的声音引起毛毛虫内脏发生剧烈共振而死亡. 【问题解决】 手的搓动“龙洗”，为什么会引起这种独特的喷水现象呢？ 分析共振在生活与工程中的应用与防范措施。联合生活物理，解释微波炉加热原理、毛毛虫坠地现象、“龙洗”喷水原理等。学生用共振原理解释生活现象，增强物理与生活的联系意识
课 堂 练 习 课 堂 练 习 【例1】单摆在空气中做阻尼振动，下列说法中正确的是（ D ） A. 位移逐渐减小 B. 速度逐渐减小 C. 动能逐渐减小 D. 振动的能量逐渐转化为其他形式的能 【例2】(多选)如图5-3所示是单摆做阻尼振动的振动图线，下列说法正确的是( BD ) A．摆球在M时刻的动能等于N时刻的动能 B．摆球在M时刻的势能等于N时刻的势能 C．摆球在M时刻的机械能等于N时刻的机械能 D．摆球在M时刻的机械能大于N时刻的机械能 【例3】如图5-4图（a）为演示单摆共振的装置，实验时依次让不同的单摆先摆起来，观察单摆P（图中未标出）能达到的最大振幅A和稳定时的振动频率f，并描点记录在图（b）中，用光滑曲线连接各点得到如图（b）所示曲线。取重力加速度g＝π2 m/s2，下列说法正确的是（ C ） A．单摆P的固有频率约为1 Hz B．装置（a）中只有一个单摆的摆长约为1.0 m C．当单摆P稳定时的振动频率为1.0 Hz时，先振 动的单摆摆长约为0.25 m D．单摆P的振动周期总为2 s
板 书 设 计 第6节 受迫振动 共振 一、固有振动 频率由系统本身决定 机械能守恒，振幅不变 二、阻尼振动 振幅逐渐减小 能量转化为内能或辐射 三、受迫振动 频率=驱动力频率 振幅与 f驱 与 f固 的接近程度有关 四、共振 条件：f驱 = f固 特点：振幅最大 应用：微波炉、乐器 危害：桥梁倒塌、设备损坏
课 堂 小 结 通过实验与实例理解受迫振动的频率特性与共振产生的条件，掌握共振曲线规律，认识共振在科技与生活中的应用与防范措施。
作 业 布 置 1.教材课后练习题 2同步练习册《受迫振动 共振》一节 3.小组任务：收集一个共振的应用或危害实例，并简要分析其物理原理。 4.配套同步作业
教 学 反 思 节课实验与生活实例丰富，学生学习兴趣较高。共振曲线的理解是难点，部分学生对“频率接近时振幅增大”的规律掌握不牢，后续可结合模拟软件动态演示。生活中共振实例（如微波炉、桥梁倒塌）能有效帮助学生建立物理与实际的联系，但需注意区分科学原理与民间传说的界限。例题分析中应加强图像与概念的对应训练。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）

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