《外力作用下的振動》教案教學(xué)目標(biāo)及教學(xué)重點、難點1．知道阻尼振動及阻尼振動中能量轉(zhuǎn)化的情況；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,與系統(tǒng)的固有頻率無關(guān)，理解受迫振動中能量轉(zhuǎn)化的情況；3．知道共振及發(fā)生共振的條件，了解共振的應(yīng)用與防止?！局攸c】：1．受迫振動的頻率等于驅(qū)動力的頻率；2．共振的產(chǎn)生條件；【難點】：阻尼振動、受迫振動中能量轉(zhuǎn)化的情況。教學(xué)過程(表格描述)教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)活動設(shè)置意圖復(fù)習(xí)引課做簡諧運動的物體受到的回復(fù)力，是振動系統(tǒng)內(nèi)部的相互作用力，比如彈簧振子的回復(fù)力是彈簧的彈力；單擺的回復(fù)力是擺球重力的切向分力?；仡櫵鶎W(xué)知識新課教學(xué)一、固有振動、固有頻率1．固有振動振動系統(tǒng)不受外力的作用,此時的振動叫做固有振動。2．固有頻率、固有周期固有振動頻率稱為固有頻率，對應(yīng)的周期稱為固有周期。固有周期、固有頻率的大小由系統(tǒng)本身的固有性質(zhì)決定。問題1：如果振動系統(tǒng)受到外力作用，將如何運動呢？二、阻尼振動振動系統(tǒng)中最常見的外力是摩擦力或其他阻力。當(dāng)系統(tǒng)受到阻力的作用時,我們說振動受到了阻尼。1．阻尼振動（1）振幅逐漸減小的振動,叫做阻尼振動。（2）阻尼振動的圖象（3）系統(tǒng)克服阻尼的作用要做功,消耗機(jī)械能,因而振幅減小,最后停下來。振動系統(tǒng)能量衰減的兩種方式①振動系統(tǒng)受摩擦阻力或其它阻力，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能如：單擺受空氣阻力②振動系統(tǒng)引起周圍質(zhì)點振動，使能量向四周傳播，系統(tǒng)自身機(jī)械能減小。如：音叉發(fā)聲，能量通過空氣向四周傳播2．振幅減小的快慢跟阻尼大小有關(guān)阻尼越大，振幅減小得越快，系統(tǒng)能量損耗得越快阻尼過大時，系統(tǒng)不能發(fā)生振動。比如：彈簧振子浸在泥漿中阻尼越小，振幅減小得越慢，系統(tǒng)能量損耗得越慢在阻力足夠小，實際振動可看作固有振動比如：彈簧振子在氣墊導(dǎo)軌上的振動，可認(rèn)為是簡諧運動。問題2：怎樣才能使受阻尼作用的系統(tǒng)保持振幅不變一直振動下去呢？在實際振動中，通常給系統(tǒng)一個周期性的外力，來補充系統(tǒng)機(jī)械能的損耗，使系統(tǒng)維持等幅振動。三、受迫振動1．受迫振動、驅(qū)動力（1）對質(zhì)點系統(tǒng)施加的周期性的外力，叫驅(qū)動力。（3）系統(tǒng)在驅(qū)動力作用下的振動，叫受迫振動。（2）通過驅(qū)動力做功，來補充系統(tǒng)因阻尼而損耗的機(jī)械能，使系統(tǒng)維持等幅振動。如：縫紉機(jī)針頭的運動內(nèi)燃機(jī)氣缸中活塞的運動受迫振動的實例還有：機(jī)器底座在機(jī)器運轉(zhuǎn)時發(fā)生振動揚聲器紙盆的振動聽到聲音是耳膜做受迫振動電動機(jī)鉤碼實驗1視頻：電動機(jī)鉤碼裝置：電動機(jī)給兩組彈簧振子施加驅(qū)動力，使鉤碼做受迫振動?，F(xiàn)象：彈簧振子受迫振動的頻率與電動機(jī)轉(zhuǎn)動的頻率一致，與自身的固有頻率無關(guān)。2．受迫振動的頻率系統(tǒng)做受迫振動的頻率總等于驅(qū)動力的頻率，與固有頻率無關(guān)。問題3：受迫振動的振幅與什么因素有關(guān)？實驗1視頻（續(xù)）：彈簧振子的受迫振動現(xiàn)象：逐漸提高電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，增大驅(qū)動力的頻率，兩個鉤碼依次出現(xiàn)振幅很大的現(xiàn)象。實驗2視頻：裝置：水平的長金屬片上掛有七個單擺，中間的擺球質(zhì)量較大，其他擺球質(zhì)量相等；最外側(cè)兩個擺球與中間擺球擺長相等?，F(xiàn)象：與中間擺球擺長相等最外側(cè)的兩個擺球振幅最大；擺長與中間擺球相差越大，振幅越小。四、共振1.共振當(dāng)驅(qū)動力頻率f等于系統(tǒng)的固有頻率f0時，受迫振動的振幅最大的現(xiàn)象叫做共振。共振條件：f驅(qū)=f02.共振曲線（1）坐標(biāo)軸：橫軸為驅(qū)動力的頻率，縱軸為受迫振動的振幅，（2）f0的意義：表示振動系統(tǒng)的固有頻率。（3）曲線特征：f=f0，振幅最大，達(dá)到共振；f與f0相差較大，振幅較小；f與f0相差越大，振幅越小。問題4：你能分析一下共振時振幅最大的原因嗎？3.從功能關(guān)系分析共振驅(qū)動力的頻率越接近物體的固有頻率時，驅(qū)動力與物體運動一致的次數(shù)越多，驅(qū)動力對物體做正功越多，振幅越大；當(dāng)驅(qū)動力的頻率等于物體的固有頻率時，驅(qū)動力始終對物體做正功，使轉(zhuǎn)動能量不斷增加，振幅不斷增大，直到增加的能量等于克服阻尼作用損耗的能量，振幅才不再增大。4．共振的應(yīng)用與防止共振現(xiàn)象很常見，任何振動系統(tǒng)都有自己的共振頻率。共振有利也有弊，我們可以根據(jù)共振的知識趨利而除弊。（1）共振的應(yīng)用很多時候共振是有益的，應(yīng)用共振時，應(yīng)使驅(qū)動力頻率接近或等于振動系統(tǒng)的固有頻率。實例：樂器的共鳴箱、共振篩、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速計還有：收音機(jī)接受信號、微波爐、核磁共振等等。發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速計的原理圖發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速計的原理圖（2）共振的損害與防止在某些情況下，共振會造成損害。歌唱家唱歌時發(fā)出的聲音，如果跟放在旁邊桌子上玻璃杯的固有頻率相同，玻璃杯有可能會由此破碎。軍隊或火車過橋時，整齊的步伐或車輪對鐵軌接頭的撞擊會對橋梁產(chǎn)生周期性的驅(qū)動力，如果驅(qū)動力的頻率接近橋梁的固有頻率，就可能使橋梁共振，使其振幅顯著增大，致使橋梁斷裂。典型事例還有：1831年，一隊騎兵通過曼徹斯特附近的一座便橋時，由于馬蹄節(jié)奏整齊，橋梁發(fā)生共振而斷裂；1940年，美國一座全長860米的塔柯姆大橋，在建成后的4個月就因風(fēng)引起的共振導(dǎo)致橋面斷裂；2020年5月5日，廣州虎門大橋，因風(fēng)引發(fā)橋面“渦振”