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《生活中的振动》教学设计
 
作者:刘林    文章来源:本站原创    点击数:311    更新时间:2017/12/27
 

《生活中的振动》教学设计

  福建省南平第一中学    

一、学情分析

1、教学内容分析:

阻尼振动、受迫振动是生活中常见的振动模式,在学习了简谐振动、单摆这些理想模型的基础上,而引入的振动,教会学生将已学的物理知识与生活实际结合起来。

2、学生学情分析:

有了前面简谐振动、单摆为基础,学生已经了解了振动的周期(频率)、振幅的特点,但是对于阻尼振动和受迫振动还是很陌生的,并不知道发生阻尼振动和受迫振动时振动周期(频率)、振幅有什么变化。

二、教学目标

1、知识与技能

1)知道阻尼振动的定义以及运动特点;

2知道受迫振动和共振的概念、特点以及它们的区别和共同点;

3知道受迫振动的频率等于驱动力的频率,与固有频率无关;受迫振动的振幅与驱动力频率的关系。

4)知道发生共振的条件。

2、过程与方法

1)通过实际演示,总结归纳得到阻尼振动的振幅、周期特点。

2)通过实际演示,总结归纳得到受迫振动的频率取决于驱动力的频率;

3)通过演示、举例,了解什么是共振, 并大致画出共振曲线,认识共振曲线的物理意义。

3、情感态度与价值观

1)通过学生的观察和生活经验得到受迫振动的频率由驱动力的频率决定,认识内因和外因的关系。

2)培养学生善于观察与思考的学习习惯,培养学生抽样调查以部分反映整体的思维方式,从而得到受迫振动的振幅特点。

3)懂得进行物理实验是学习与掌握物理知识的主要途经。

三、教学重点和难点

1、教学重点:①阻尼振动的定义和运动特点;

②受迫振动的概念和运动特点; 

③共振的概念及产生共振的条件共振的防止和应用。

2、教学难点:①受迫振动的频率由驱动力的频率决定;

②受迫振动的振幅与驱动力频率的关系;

③当f=f时,物体受迫振动的振幅最大。

四、教学策略与资源

1、通过弹簧振子的运动,得到阻尼振动;并引出驱动力的定义、突出驱动力的特点。通过实验得到受迫振动的频率和驱动力频率的关系。

2、通过抽样调查用部分反映整体的方法探究受迫振动的振幅与驱动力频率的关系,得到特殊的受迫振动——共振。

五、教学仪器

   弹簧振子、受迫振动演示仪、机械共振演示仪、多单摆演示仪

六、教学过程

(一)复习简谐运动的证明和图像,引出简谐运动的振幅和振动周期特点。

(二)通过生活中的弹簧振子振动实例,引出阻尼振动。(最大位移不断减小,最后停下)

分析产生这种现象的原因有哪些?(空气阻力,与接触物体的摩擦等等导致系统总能量的减少)

并得到阻尼振动的振动图像,分析图像特点。(振幅A减少,振动周期T不变)

【板书】阻尼振动:振幅不断减少的机械振动。

【说明:】阻尼振动的振幅随时间的推移振幅减小但是振动周期是不变的。(原因:此时是做自由振动,周期与振幅,是否振动无关。)

(三)继续通过弹簧振子的演示,抛出问题:如何才能让弹簧振子一直运动下去?(拉一拉或抖一抖)【演示】

通过实际操作得到这个力应具有周期性。

从而引出这个周期性的力被称为驱动力(强迫力)。

【板书】受迫振动:在驱动力的作用下产生的振动。

(四)物体做受迫振动时的运动特点

探究①:同一物体分别做自由振动和受迫振动时的振动周期有何关系?

用受迫振动演示仪分别演示自由振动和受迫振动,得到做受迫振动时弹簧振子的振动快慢与驱动力的频率有关。且驱动力频率越大,弹簧振子振动的也越快。通过精确实验得到

f受迫物体=f           T受迫物体=T   

物体做受迫振动的周期(频率)由驱动力的周期(频率)决定,与物体的固有周期(频率)无关。

探究②:物体做受迫振动时振幅A会与哪些因素有关?

用机械共振演示仪进行演示受迫振动。(介绍仪器原理)

【进行实验】让学生观察调节电动机的频率时物体的振动会发生什么现象?

 引导:当调节电动机的频率时,振幅A发生了变化,振子的振幅与驱动力的频率是有关系的。

得到做受迫振动物体的振幅与驱动力频率是有关系的。

探究③:做受迫振动的物体振幅A与频率f(1/T)的定性关系

前面实验中的频率是从最小值开始调到最大值,是连续的值,采用抽样调查的方法从中取出部分的频率值进行探究,来反映整体的情况。(拿出研究器材,如图)    

    1  2  0  3  4  5

有六个小球做成单摆,单摆的固有周期,得到以下信息。

通过观察可知:摆长:L1L2L3=L0L4L5

          固有周期:T1T2T3=T0T4T5

          固有频率:f1f2f3=f0f4f5

通过观察实验现象记录上表。(实验的过程中,在泡沫板上标记出各个摆球的振幅所在位置,并用光滑的曲线连起来)

分析上表,可得结论:小球的固有频率与0号球的振动频率越接近,振幅越大。

(将上图进行拓展延伸)

【得到结论】驱动力的频率越接近物体的固有频率,振幅越大。并得到受迫振动的A-f图像。

(五)共振现象

通过精确的实验表明:当驱动力的频率等于物体的固有频率时,受迫振动的振幅达到最大。

  这种现象叫做共振。

共振的特点是振幅A最大,会产生一些有趣的现象—鱼洗。同时也会产生破坏——陈奕迅的声音碎玻璃。(给出相关视频。)

(六)共振现象的防止和应用

防止: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。

应用:使驱动力的频率接近或等于振动物体的固有频率。

(七)课堂练习

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_______r/min,a、b、c、d此时振动频率为_________。

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.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

3.A B两个弹簧振子, A固有频率为f, B固有频率为4f, 若它们均在频率为3f 的驱动力作用下做受迫振动, (       )

A.振子A的振幅较大,振动频率为f

B.振子B的振幅较大,振动频率为3f

C.振子A的振幅较大,振动频率为3f

D.振子B的振幅较大,振动频率为4f

七、教学评价

  1、过程性评价

  1)本节课从生活中荡秋千的物理情景引出受迫振动的概念,这样做是希望使物理课堂更贴近生活,使物理知识真正走近学生,让学生将生活中的经验与物理知识进行对等。

  2)从实验和不同的角度来探究受迫振动的A与驱动力频率之间的关系。教给学生采用抽样调查的方法探究真理的方法。

八、板书设计

一、阻尼振动:振幅不断减少振动

图像特点:①振幅A减小

          ②振动周期T不变

二、受迫振动

1、驱动力:周期性的外力

2、受迫振动:在驱动力作用下的振动

3、运动特点:

①频率关系:T受迫物体=T    f受迫物体=f  与固有周期无关

②振幅关系:驱动力频率与物体的固有频率越接近,振幅越大

三、共振:振幅达到最大

   ①产生条件:f=f

②现象:振幅A最大

九、课后反思

   生活中的振动这堂课在考试大纲上属于了解性内容,其难度不大,且兴趣性、科普性较强,为了加强学生学习的积极性,通过学生的生活经验和教具引起学生的共鸣,从而激发学生的学习兴趣。

    在这堂课中引入了抽样调查的分析方法,扩展了学生处理研究问题手段。