11.5-外力作用下的振动教案
11.5 外力作用下物体的振动 优秀教案优秀教学设计高中物理选修3-4新课 (7)
11、5外力作用下物体的振动的教学设计新课标要求（一）知识与技能1、知道什么是阻尼振动；知道在什么情况下可以把实际发生的振动看作简谐运动。
2、知道什么叫驱动力，什么叫受迫振动，能举出受迫振动的实例。
3、知道受迫振动的频率等于驱动力的频率，跟物体的固有频率无关。
4、知道什么是共振以及发生共振的条件。
（二）过程与方法1、通过演示实验，了解阻尼振动的特点，明确受迫振动的频率决定于驱动力的频率。
2、通过分析实际例子，得到什么是受迫振动和共振现象，培养学生理论联系实际的能力。
（三）情感、态度与价值观1、振动有多种不同类型说明各种运动形式都是普遍性下的特殊性的具体体现。
2、通过共振产生条件的教学，认识内因和外因的关系。
★教学重点受迫振动的概念以及共振及产生共振的条件。
★教学难点共振及产生共振的条件。
★教学方法观察、对比、讨论、阅读、实验演示、多媒体展示。
★教学用具：单摆、受迫振动演示仪、共振演示仪、两个相同的带有共鸣箱的音叉、橡皮槌、CAI课件★教学过程（一）引入新课教师：通过前面的学习，我们知道做简谐运动的物体都要受到回复力的作用。
回复力是振动系统内部的相互作用，是内力。
如果振动系统不受外力的作用，此时的振动叫固有振动，其振动频率叫做固有频率。
而实际的振动系统不可避免地要受到摩擦阻力和其他因素的影响，系统的机械能要不断损耗。
请同学做猜测一下，在这种情况下，它将怎样运动呢？学生：作出各种各样的猜测，如振幅变小，周期变大，频率减小等。
（教师不要急于肯定或否定学生的猜测，让学生带着好奇心和求知欲去观察演示实验）过渡：本节课我们来学习这方面的知识。
（二）进行新课1．阻尼振动教师：下面我们来观察两个实际振动：演示：①实际的单摆发生的振动；②敲击音叉后音叉的振动。
（教师提醒学生注意观察并记录现象。
）现象：（由学生描述）单摆和音叉的振幅越来越小，最后停下来。
教师：如何解释上面的现象呢？学生解释：在单摆和音叉的振动过程中，不可避免地要克服摩擦及其他阻力做功，系统的机械能就要损耗，振动的振幅就会逐渐减小，机械能耗尽之时，振动就会停下来了。
人教版高中物理教案-外力作用下的振动
11.5 外力作用下的振動三維教學目標1、知識與技能（1）知道阻尼振動和無阻尼振動，並能從能量的觀點給予說明；（2）知道受迫振動的概念。
知道受迫振動的頻率等於驅動力的頻率，而跟振動物體的固有頻率無關；（3）理解共振的概念，知道常見的共振的應用和危害。
2、過程與方法：3、情感、態度與價值觀：教學重點：受迫振動，共振。
教學難點：驅動力的頻率、固有頻率的區別。
教學教具：彈簧振子、受迫振動演示儀、擺的共振演示器。
教學過程：第五節外力作用下的振動（一）複習提問注意觀察教師的演示實驗。
教師把彈簧振子的振子向右移動至B 點，然後釋放，則振子在彈性力作用下，在平衡位置附近持續地沿直線振動起來。
重複兩次讓學生在黑板上畫出振動圖像的示意圖（圖1中的Ⅰ）。
再次演示上面的振動，只是讓起始位置明顯地靠近平衡位置，再讓學生在原座標上畫出第二次振子振動的圖像（圖1中的Ⅱ）。
Ⅰ和Ⅱ應同頻、同相、振幅不同。
結合圖像和振子運動與學生一起分析能量的變化並引入新課。
（二）新課教學現在以彈簧振子為例討論一下簡諧運動的能量問題。
問提1：振子從B向O運動過程中，它的能量是怎樣變化的？（彈性勢能減少，動能增加。
）問提2：振子從O向C運動過程中能量如何變化？振子由C向O、又由O 向B運動的過程中，能量又是如何變化的？問提3：振子在振動過程中總的機械能如何變化？（運用機械能守恆定律，得出在不計阻力作用的情況下，總機械能保持不變。
）1、總機械能守恆將振子從B點釋放後在彈簧彈力（回復力）作用下，振子向左運動，速度加大，彈簧形變（位移）減少，彈簧的彈性勢能轉化為振子的動能。
當回到平衡位置O時，彈簧無形變，彈性勢能為零，振子動能達到最大值，這時振子的動能等於它在最大位移處（B點）彈簧的彈性勢能，也就是等於系統的總機械能。
在任何一位置上，動能和勢能之和保持不變，都等於開始振動時的彈性勢能，也就是系統的總機械能。
小結：由於簡諧運動中總機械能守恆，所以簡諧運動中振幅不變。
《外力作用下的振动》 学历案
《外力作用下的振动》学历案一、学习目标1、理解外力作用下振动的概念和特点。
2、掌握受迫振动的频率特点以及共振现象的产生条件和特点。
3、能够运用所学知识解释生活中常见的外力作用下振动的现象。
二、学习重难点1、重点（1）受迫振动的频率特点。
（2）共振现象的产生条件和特点。
2、难点（1）对共振曲线的理解和应用。
（2）从能量角度分析受迫振动和共振现象。
三、知识回顾1、简谐运动：物体在跟偏离平衡位置的位移大小成正比，并且总是指向平衡位置的回复力的作用下的振动。
2、简谐运动的回复力：F ＝ kx ，其中 k 为比例系数，x 为偏离平衡位置的位移。
3、简谐运动的周期和频率：由振动系统本身的性质决定，与振幅无关。
四、新课导入在生活中，我们常常会观察到一些物体在外界力量的作用下发生振动，比如荡秋千时需要有人不断推动，钟摆需要发条的驱动才能持续摆动。
那么，这些在外界力量作用下的振动有什么规律呢？这就是我们今天要学习的内容——外力作用下的振动。
五、新课讲解（一）阻尼振动1、概念：当振动系统受到阻力的作用时，振动逐渐减弱，振幅逐渐减小的振动。
2、阻尼振动的图像：振幅逐渐减小，振动的周期和频率不变。
例如，一个单摆，如果不考虑空气阻力，它会做等幅的简谐运动；但在实际情况中，空气阻力不可忽略，单摆的振动就是阻尼振动，摆动的幅度会越来越小，最终停止。
（二）受迫振动1、概念：物体在周期性外力作用下的振动。
2、受迫振动的特点（1）受迫振动的频率等于驱动力的频率，与系统的固有频率无关。
比如，一个固有频率为 f0 的振动系统，在频率为 f 的驱动力作用下做受迫振动，其振动频率将为 f 。
（2）受迫振动的振幅与驱动力的频率和系统的固有频率有关。
当驱动力的频率接近系统的固有频率时，受迫振动的振幅增大；当驱动力的频率与系统的固有频率相差较大时，受迫振动的振幅较小。
3、受迫振动的实例（1）发动机带动偏心轮转动，使筛子做受迫振动。
（2）扬声器纸盆在音频电流的驱动下做受迫振动。
外力作用下的振动 教学设计.doc
11.5外力作用下的振动大港八中雷耀辉一、学习目标（一）知识与技能1、知道什么是阻尼振动；知道在什么情况下可以把实际发生的振动看作简谐运动。
2、知道什么叫驱动力，什么叫受迫振动，能举出受迫振动的实例。
3、知道受迫振动的频率等于驱动力的频率，跟物体的固有频率无关。
4、知道什么是共振以及发生共振的条件。
（二）过程与方法1、通过演示实验，了解阻尼振动的特点，明确受迫振动的频率决定于驱动力的频率。
2、通过分析实际例子，得到什么是受迫振动和共振现象，培养学生理论联系实际的能力。
（三）情感、态度与价值观1、用一分为二的观点研究共振的应用与防止。
2、通过共振产生条件的教学，认识内因和外因的关系。
二、学习重点、难点受迫振动的概念以及共振及产生共振的条件。
共振及产生共振的条件。
三、学习内容与过程教学内容教师活动学生活动设计意图一. 导入新课视频（大桥倒塌）引入课题：11.5外力作用下的振动学生观看，思考激起兴趣，设置悬念二.新课教学固有振动，固有频率讲述什么是固有振动，固有频率学生思考，理解知识铺垫（-）阻尼振动阻尼振动的特占-八、、•1.能量减少2.振幅减少在实际振动的过程中，引导学生思考其能量、振幅的变化情况，从而引出阻尼振动的概念根据实际振动的过程，学生得出能量、振幅越来越小。
理解阻尼振动的概念理解阻尼振动的概念，及能量、振幅变化情况引导学生思考阻尼振动中阻尼大小与振幅变化快慢的关系，总结阻尼大小与振幅变化快慢的关系应用知识，总结规律3阻尼振动的图像引导学生思考阻尼振动的振动图像，演示实验思考，观看直观理解阻尼振动（二）受迫振动设问：阻尼振动振幅不断减小，怎样可以得到持续稳定的振动？并以生活实例荡秋千为例，启发学生思考学生思考并提出猜想联系实际，激发兴趣1.驱动力、受迫振动的概念引入驱动力、受迫振动的概念学生思考理解概念培养学生发现问题的能力3.受迫振动的特点受迫振动的能量转化关系学生分析、思考、得出结论受迫振动的频率与驱动力的频率的关系，教师演示实验，观察实验，得出受迫振动的频率等于驱动力的频率（三）共振启发思考：物体做受迫振动的频率与系统的固有频率无关，那么受迫振动的振幅是否也跟它的固有频率及驱动力的频率有怎样的关系呢？学生思考，提出猜想启发思考，激起兴趣1.共振的概念演示实验：改变驱动力频率让学生观察振幅的变化情况观察实验，追寻规律验证猜想总结规律启发思考：在什么情况下受迫振动振幅最大？介绍共振摆实验装置，演示实验，引导学生发现规律：当驱动力的频率跟系统的固有频率相同，系统的振幅最大。
11.5 外力作用下物体的振动 优秀教案优秀教学设计高中物理选修3-4新课 (5)
11、5外力作用下物体的振动的教学设计一、教材分析本节课先介绍固有频率的概念，然后通过实验分析了阻尼振动，并介绍了受迫振动，通过实验，探究了受迫振动的频率与驱动力的频率的关系以及受迫振动的振幅与频率的关系，分析了共振现象产生的条件，并介绍了共振的危害与应用。
二、学情分析在本节课之前，学生已经学习了弹簧振子和单摆，并探究了单摆的周期的影响因素，对简谐振动有了较深入的认识；同时，在实际的生活中，他们已经对一些受迫振动的现象有一定的感性认识。
对高三学生来说，已经具备了一定的分析、概括的能力；同时，他们普遍对解释生活中的现象和实验比较感兴趣。
三、教学目标（一）知识与技能1.知道固有频率的概念；2.通过实验，认识阻尼振动的特点和认识受迫振动的特点；3.知道共振现象产生的条件，了解共振现象的危害和应用。
（二）过程与方法通过实验，培养学生的观察能力和分析能力。
（三）情感、态度与价值观1.通过交流讨论生活中的受迫振动现象，让学生体会生活中存在物理；2.通过介绍共振的应用，让学生增强理论联系实际的意识，增强实践意识。
四、重点难点重点：受迫振动的频率、振幅与驱动力的频率的关系，共振；难点：受迫振动的振幅与驱动力频率的关系。
五、教法学法（一）教法1.悬念法：新课的导入；2.讲授法：讲授固有频率、阻尼振动、受迫振动和共振的概念；3.实验法：演示阻尼振动、探究受迫振动的特点；4.引导法：引导学生归纳出阻尼振动和受迫振动的特点，分析共振产生的条件。
（二）学法1.交流讨论：举出生活中的受迫振动的例子；2.归纳总结：归纳出阻尼振动和受迫振动的特点，分析共振产生的条件。
六、教学过程。
人教版高中物理教案-外力作用下的振动
第十一章機械振動選修3-411.5外力作用下的振動【學習目標】1．知道阻尼振動和阻尼振動中能量轉化的情況。
2．知道什麼是受迫振動及其產生的條件，掌握物體做受迫振動的特點。
3．認識共振現象，掌握產生共振現象的條件。
4.瞭解共振的防止和應用。
重點：受迫振動的頻率特點、共振的特點及條件難點：受迫振動的頻率特點、共振的特點及條件【自主預習】1.阻尼振動(1)阻尼振動實際的振動過程中，系統受到了摩擦力和其他阻力，機械能向內能轉化是無法避免的，振動過程中機械能不斷減小使振動逐漸減弱直至最終停止。
這種振幅逐漸減小的振動叫阻尼振動。
阻尼振動的圖像如圖11－5－1所示。
(2)特點阻尼振動的振幅儘管在減小，但其振動週期(頻率)不變，它是由振動系統決定的。
振動系統確定後，其振動的週期(頻率)就不變，稱為固有週期(頻率)。
例如：用力敲鑼，由於鑼受到空氣的阻尼作用，振幅越來越小，鑼聲減弱，但音調不變。
2.受迫振動(1)受迫振動如果系統受到週期性外力的作用就可以利用外力對系統做功，補償系統因阻尼作用而損失的能量，使系統持續地振動下去，這樣的振動稱為受迫振動。
①驅動力：加在振動系統上的外力，叫做驅動力。
②物體做受迫振動時，振動穩定後的頻率等於的頻率，跟物體的無關。
(2)自由振動像彈簧振子和單擺那樣，物體偏離平衡位置後，它們就在自己的彈力或重力作用下振動起來，這種振動叫做自由振動。
①自由振動不受外界的驅動力作用。
②自由振動的週期(頻率)為系統的。
3.共振(1)共振受迫振動的物體其振動週期(或頻率)取決於驅動力的週期，並且當與物體的相等時，受迫振動的振幅最大，這種現象叫做共振。
(2)共振的條件：f驅＝f固即驅動力的頻率與物體的固有頻率相等。
、(3)共振曲線受迫振動的振幅隨驅動力頻率變化的圖線，叫做共振曲線，如圖所示。
【典型例題】一、阻尼振動【例1】一單擺做阻尼振動，則在振動過程中()A．振幅越來越小，週期也越來越小B．振幅越來越小，週期不變C．在振動過程中，通過某一位置時，機械能始終不變D．振動過程中，機械能不守恆，週期不變二、受迫振動【例2】關於受迫振動，以下說法中正確的是()A．是在一恒力作用下的振動B．振動頻率可能大於或小於系統的固有頻率C．振動頻率一定等於固有頻率D．振動頻率一定等於驅動力的頻率三|、共振【例3】如圖11－5－4所示，兩個品質分別為M和m的小球，懸掛在同一根水準細線上，當M在垂直水準細線的平面內擺動時，下列說法正確的是()A．兩擺的振動週期是相同的B．當兩擺的擺長相等時，m擺的振幅最大C．懸掛M的豎直細線長度變化時，m的振幅不變D．m擺的振幅可能超過M擺的振幅四、自由振動、受迫振動和共振的關係【例4】把一個篩子用四根彈簧支起來，在篩子上安裝一個電動偏輪，它每轉一周，給篩子一個驅動力，這樣就做成了一個共振篩，篩子做自由振動時，完成10次全振動用時15 s，在某電壓下，電動偏心輪轉速是36 r/min。
外力作用下的振动--优质获奖精品教案 (1)
11.5外力作用下的振动(教师用书独具)●课标要求1 .知道什么是阻尼振动和阻尼振动中能量转化的情况．2 .知道什么是受迫振动，知道受迫振动的频率跟固有频率无关，而等于驱动力的频率．3 .知道共振以及发生共振的条件，知道共振的应用和防止的实例．●课标解读1 .能从能量转化的角度区别阻尼振动和无阻尼振动．2 .掌握受迫振动的概念，知道受迫振动的频率等于驱动力的频率，与固有频率无关．3 .知道什么是共振及产生共振的条件．4 .通过实例分析，知道共振的防止和应用．●教学地位本节从生活中常见的阻尼振动分析入手进而引入受迫振动的概念，然后通过演示实验说明受迫振动的周期与驱动力频率的关系，最后通过演示实验证明当f驱＝f固时，物体做受迫振动的振幅最大，引入共振的概念，本节具有较强的实用性．(教师用书独具)●新课导入建议实际的振动系统不可避免受到摩擦阻力和其它因素的影响，系统的机械能损耗，导致振动最后停下来，这种振动叫阻尼振动，如果在机械能损耗的同时我们不断地给系统补充能量，物体运动的振动情形又如何呢？这节课我们共同探究这一问题．●教学流程设计课前预习安排看教材，学生合作讨论完成【课前自主导学】步骤1：导入新课，本节教学地位分析步骤2：老师提问，学生回答补充，检查预习效果步骤3：师生互动完成“探究1”教师讲解例题步骤7：指导学生完成【当堂双基达标】验证学习情况步骤6：完成“探究3”重在讲解综合应用规律、方法、技巧步骤5：师生互动完成“探究2”方式同完成“探究1”步骤4：让学生完成【迁移应用】，检查完成情况并点评步骤8：先由学生自己总结本节的主要知识，教师点评，安排学生课下完成【课后知能检测】1.(1)固有振动如果振动系统不受外力的作用，此时的振动叫做固有振动，其振动频率称为固有频率．(2)阻尼振动①阻力作用下的振动当振动系统受到阻力的作用时，振动受到了阻尼，系统克服阻尼的作用要做功，消耗机械能，因而振幅减小，最后停下来．②阻尼振动振幅逐渐减小的振动．振动系统受到的阻尼越大，振幅减小得越快，阻尼振动的图象如图11－5－1所示，振幅越来越小，最后停止振动．图11－5－1③实际振动的理想化当阻尼很小时，在不太长的时间内看不出振幅明显减小，于是可以把它当做简谐运动来处理．2. 思考判断(1)固有频率由系统本身决定．(√)(2)阻尼振动的频率不断减小．(×)(3)阻尼振动的振幅不断减小．(√)3. 探究交流前面我们学习过的弹簧振子的运动是属于简谐运动还是阻尼振动呢？【提示】实际的弹簧振子在运动中除受到弹力之外，还受到摩擦力等阻力的作用，振幅逐渐减小，即做的是阻尼振动．如果阻力很小，可以忽略，那么振子的运动就是只在回复力作用下的运动，是简谐运动．1.(1)受迫振动①持续振动的获得实际的振动由于阻尼作用最终要停下来，要维持系统的持续振动，最简单的办法是使周期性的外力作用于振动系统，外力对系统做功，补偿系统的能量损耗．②驱动力：作用于振动系统的周期性的外力．③受迫振动：振动系统在驱动力作用下的振动．④受迫振动的频率做受迫振动的物体振动稳定后，其振动频率等于驱动力的频率，与物体的固有频率无关．(2)共振①条件：驱动力频率等于物体的固有频率．②特征：在无阻尼受迫振动中，共振时受迫振动的振幅最大．③共振曲线：如图11－5－2所示．图11－5－2④共振的应用与防止a．共振的应用在应用共振时，使驱动力频率接近或等于振动系统的固有频率．b．共振的防止在防止共振时，使驱动力的频率与系统的固有频率相差越大越好．2. 思考判断(1)受迫振动的频率等于振动系统的固有频率．(×)(2)驱动力频率越大，振幅越大．(×)(3)生活中应尽量使驱动力的频率接近振动系统的固有频率．(×)3 .探究交流用扁担挑水时，有时桶里的水会荡得厉害，并从桶中溅出来，这是为什么？【提示】挑水时，由于行走时肩膀的起伏，人通过扁担对水桶的作用，使水因受到周期性的驱动力而产生受迫振动，当驱动力频率接近或等于桶里水的固有频率时，水桶里的水就发生共振，所以水的动荡越来越厉害，直到溅出来．1. 阻尼振动与无阻尼振动有何区别？2. 你能否举例说出日常生活中的阻尼振动和无阻尼振动？阻尼振动与无阻尼振动的比较1 .阻尼振动的振幅不断减小，能量不断减少，但阻尼振动的频率不变，其频率为固有频率，由系统本身决定．2 .无阻尼振动是一种理想情况，也叫简谐振动．实际中的振动都会受到阻力的作用，当阻力较小时，可认为是简谐运动．(2013·丽水检测)一单摆在空气中振动，振幅逐渐减小．下列说法正确的是()A．机械能逐渐转化为其他形式的能B．后一时刻的动能一定小于前一时刻的动能C．后一时刻的势能一定小于前一时刻的势能D．后一时刻的机械能一定小于前一时刻的机械能【审题指导】在阻尼振动中，振动系统的机械能减小，即动能和势能之和减小．但在一段较短的时间内，动能和势能不一定都减小，关键要看动能与势能之间是如何转化的．【解析】单摆振动过程中，因不断克服空气阻力做功，使机械能逐渐转化为内能，选项A和D对；虽然单摆总的机械能在逐渐减小，但在振动过程中动能和势能仍不断地相互转化，动能转化为势能时，动能逐渐减小，势能逐渐增大，而势能转化为动能时，势能逐渐减小，动能逐渐增大，所以不能断言后一时刻的动能(或势能)一定小于前一时刻的动能(或势能)，故选项B、C不对．【答案】AD1. (2013·信阳检测)若空气阻力不可忽略，单摆在偏角很小的摆动中，总是减小的物理量为()A．振幅B．位移C．周期D．机械能【解析】有空气阻力时，振动为阻尼振动，振幅不断减小，机械能也不断减小，在平衡位置，位移为零；而后，位移增大，直至动能为零时位移达到最大；然后位移又减小到零，所以位移不是一直减小．根据单摆的周期公式T＝2πl g，l不变，则T不变．故A、D正确．【答案】AD1. 受迫振动和自由振动有何区别？2. 共振的条件是什么？3. 如何从功能的角度分析共振现象？1.自由振动、受迫振动、共振的比较(1)自由振动：江山易改，本性难移．(2)受迫振动：寄人篱下，身不由己．(3)共振：情投意合，心随你动．2 .对共振的理解(1)从受力角度来看振动物体所受驱动力的方向跟它的运动方向相同时，驱动力对它起加速作用，使它的振幅增大，驱动力的频率跟物体的固有频率越接近，使物体振幅增大的力的作用次数就越多，当驱动力频率等于物体的固有频率时，它的每一次作用都使物体的振幅增加，从而使振幅达到最大．(2)从功能关系来看当驱动力频率越接近物体的固有频率时，驱动力与物体运动一致的次数越多，驱动力对物体做正功越多，振幅就越大．当驱动力频率等于物体固有频率时，驱动力始终对物体做正功，使振动能量不断增加，振幅不断增大，直到增加的能量等于克服阻尼作用损耗的能量时，振幅才不再增加．(3)共振曲线图11－5－3①两轴的意义纵轴：受迫振动的振幅，如图11－5－3所示．横轴：驱动力频率．②f0的意义表示固有频率．③认识曲线形状f＝f0，共振；f>f0或f<f0，振幅较小，相差越大，振幅越小．1 .当驱动力的频率与固有频率相差越大时，振动的振幅就越小；当驱动力的频率与固有频率相等时，振幅最大．2 .从受迫振动的振幅与频率的关系图象中可以得到振动的固有频率，在计算中可以利用这一条件．一砝码和一轻弹簧构成弹簧振子，图11－5－4甲所示的装置可用于研究该弹簧振子的受迫振动．匀速转动把手时，曲杆给弹簧振子以驱动力，使振子做受迫振动．把手匀速转动的周期就是驱动力的周期，改变把手匀速转动的速度就可以改变驱动力的周期．若保持把手不变，给砝码一向下的初速度，砝码便做简谐运动，振动图线如图乙所示．当把手以某一速度匀速转动，受迫振动达到稳定时，砝码的振动图线如图丙所示．若用T0表示弹簧振子的固有周期，T表示驱动力的周期，Y表示受迫振动达到稳定后砝码振动的振幅，则()图11－5－4A．由图线可知T0＝4 sB．由图线可知T0＝8 sC．当T在4 s附近时，Y显著增大；当T比4 s小得多或大得多时，Y很小D．当T在8 s附近时，Y显著增大；当T比8 s小得多或大得多时，Y很小【审题指导】(1)由乙图可知振子的固有周期．(2)由丙图可知驱动力的周期．(3)最后利用共振的条件分析判断．【解析】图乙是弹簧振子未加驱动力时振动的图线，故由题图乙读出的周期为其振动的固有周期，即T0＝4 s．图丙是弹簧振子在驱动力作用下的振动图线．做受迫振动的物体，其振动的周期等于驱动力的周期，即T＝8 s．当固有周期与驱动力的周期相同时，其振幅最大；周期差别越大，其振动振幅越小．由以上分析可知，A、C对．【答案】AC解决这类问题关键是区分物体的固有频率、驱动力的频率和振动物体的频率，因此在题目中要找准驱动力．当物体做受迫振动时，其振动频率就等于驱动力的频率．当驱动力的频率与物体的固有频率相等时，此振动物体振动的振幅最大．图11－5－52. 如图11－5－5所示，曲轴上悬挂一弹簧振子，转动摇把，曲轴可以带动弹簧振子上下振动．开始时不转动摇把，让振子上下自由振动，测得振动频率为2 Hz，然后匀速转动摇把，转速为240 r/min，当振子振动稳定后，它的振动周期为()A.12s B.14s C．2 s D．4 s【解析】匀速转动摇把后，振子将做受迫振动，驱动力的周期跟把手转动的周期是相同的，振子做受迫振动的周期又等于驱动力的周期，其频率也等于驱动力的频率，与原自由上下振动频率无关．摇把匀速转动的转速为240 r/min＝4r/s，角速度ω＝8πrad/s，所以驱动力的周期T＝2πω＝2 π8 π＝0.25 s.【答案】 B图11－5－6(2013·龙岩检测)如图11－5－6为一单摆的共振曲线，图中横轴表示周期性驱动力的频率，纵轴表示单摆的振幅，求此单摆的摆长．【规范解答】由图象可以看出，当驱动力的频率为0.4 Hz时，单摆的振幅最大，此时单摆共振．由共振的条件可知，单摆的固有频率为0.4 Hz，由T＝2πLg＝1f可得L＝g4π2f2＝1.56 m.【答案】 1.56 m解决共振问题的思路1 .在分析解答有关共振问题时，要抓住产生共振的条件分析：驱动力的频率等于固有频率时产生共振，此时振动的振幅最大．2 .在解决有关共振的实际问题时，要抽象出受迫振动这一物理模型，弄清驱动力频率和固有频率，然后利用共振的条件进行求解．3 .图象法解决问题直观方便，利用共振图线可以找出最大振幅，以及振动的固有频率或固有周期，然后再利用周期公式进行分析．1. 一单摆做阻尼振动，则在振动过程中()A．振幅越来越小，周期也越来越小B．振幅越来越小，周期不变C．在振动过程中，通过某一位置时，机械能始终不变D．振动过程中，机械能不守恒，周期不变【解析】在阻尼振动中，机械能不断减小，振幅也不断减小，而周期与振动有无阻尼无关，因而不会变化，故B、D正确．【答案】BD2 .洗衣机正常工作时外壳的振动比较平稳，但是切断电源后的洗衣机外壳某一时刻振动非常厉害(如图11－5－7甲所示，水波波纹大)，过一会儿又振动平稳些(如图乙所示，水波波纹小)，对此正确的解释是()甲乙图11－5－7A．随着转速变化，固有频率越来越大B．随着转速变化，固有频率越来越小C．随着转速变化，驱动力频率越来越大D．驱动力频率由接近固有频率逐渐远离固有频率【解析】固有频率由振动系统本身因素决定，与转速等因素无关，A、B 错；切断电源后，洗衣机做受迫振动，电动机转速变慢，周期变长，频率减小，开始振动厉害是洗衣机的共振现象，根据共振条件可知，驱动力频率由接近固有频率逐渐远离固有频率，D对．【答案】 D3. (2013·烟台质检)如图11－5－8所示的演示装置，一根张紧的水平绳上挂着五个单摆，其中A、E摆长相同，先使A摆动，其余各摆也摆动起来，可以发现振动稳定后()图11－5－8A．各摆的固有周期均相同B．各摆振动的周期均与A摆相同C．C摆振幅最大D．B摆振动周期最小【解析】单摆的固有周期由摆长决定，故除A、E固有周期相同外，其他摆的固有周期都不相同，A错；A摆动后，通过水平绳对周围的B、C、D、E四个单摆提供周期性的驱动力，四摆都在同一驱动力作用下运动，故它们的振动周期均与A摆的固有周期相同，B对，D错；其中E摆发生共振现象，振幅最大，C错．【答案】 B4 .(2013·临川检测)图11－5－9表示一弹簧振子做受迫振动时的振幅与驱动力频率的关系，由图可知()图11－5－9A．驱动力频率为f2时，振子处于共振状态B．驱动力频率为f3时，振子振动频率为f3C．假如让振子自由振动，它的频率为f2D．振子做自由振动时，频率可以为f1、f2、f3【解析】理解共振曲线是关键，驱动力频率为f2时弹簧振子的振幅最大，f2也就等于弹簧振子的固有频率，故振子自由振动时，它的频率为固有频率f2，当驱动力频率为f1、f3时，弹簧振子只做受迫振动，其频率与振子固有频率无关．A、B、C正确．【答案】ABC图11－5－105 .如图11－5－10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MN上焊有固有频率依次为80 Hz、60 Hz、40 Hz、20 Hz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，则电动机转速可能为多少？a、b、c、d此时振动频率分别为多少？【解析】钢片b振幅最大，说明可能发生了共振现象，根据共振的条件知，f驱＝f固＝60 Hz，电动机的转速为60 r/s，钢片a、c、d做的是受迫振动，其频率f迫＝f驱＝60 Hz.【答案】60 r/s均为60 Hz。
外力作用下的振动--优质获奖精品教案 (9)
11.5外力作用下的振动教学目标知识与技能（1）能从能量的观点分析阻尼振动产生的原因（2）掌握受迫振动的概念。
探究受迫振动的频率与驱动力的频率的关系（3）理解共振的概念及产生条件，知道常见的共振的应用和危害过程与方法：通过实验探究受迫振动频率与驱动力频率及共振条件情感态度与价值观体会物理与生活的紧密联系，培养热爱生活的情趣教学重点难点重点：1.什么是受迫振动.2.什么是共振及产生共振的条件难点：1.物体发生共振决定于驱动力的频率与物体固有频率的关系，与驱动力大小无关.2.当f驱＝ｆ固时，物体做受迫振动的振幅最大四、学情分析.1、教学中应该充分发挥实验的作用，使学生理解物体在做受迫振动时其频率跟驱动力频率的关系，以及受迫振动的频率与物体固有频率接近时，振动的特点.2．在做共振实验时，也可以用如下的实验代替课本中图9-33的实验。
即在同一块薄木板上固定许多长度不同，但质地、粗细相同的小木棒，振动其中的一个，观察其他小木棒哪一个振动得最剧烈。
3．注意引导学生多思考一下共振在实际中的应用(如乐器的共鸣箱等)以及避免共振的做法，培养学生理论联系实际的能力和习惯。
五、教学方法实验、讨论六、课前准备弹簧振子、受迫振动演示仪、摆的共振演示器七、课时安排1课时八、教学过程（一）预习检查、总结疑惑（二）情景引入、展示目标现场演示弹簧振子的运动，提出问题：弹簧振子为什么会停下来而不一直运动下去？那么如何才能让它永不停息的运动呢？（三）合作探究、精讲点播学生带着上述问题阅读课本内容。
（给予学生2-3分钟时间）现在以弹簧振子为例讨论一下简谐运动的能量问题。
问：振子从B向O运动过程中，它的能量是怎样变化的？引导学生答出弹性势能减少，动能增加。
问：振子从O向C运动过程中能量如何变化？振子由C向O、又由O向B运动的过程中，能量又是如何变化的？问：振子在振动过程中总的机械能如何变化？引导学生运用机械能守恒定律，得出在不计阻力作用的情况下，总机械能保持不变。
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通过上述实验我们知道，受迫振动的振幅 A 与驱动力的频率 f 及振动物体 的固有频率 f＇之间的关系有关，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：
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现象：当把手转速小时，振子振动较慢；当把手转速大时，振子振动较
快。物体做受迫振动时，振动物体振动的快慢随驱动力的周期而变化。
总结：
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；
②受迫振动的频率跟物体的固有频率没有关系。
3、共振
（1）共振摆实验
同，A、B、C 摆动的振幅差不多，而 D 摆动的振幅最小。
分析：A、B、C 摆长相同，据T 2 L 和 f 1 得到，A、B、C 三摆的固
g
T
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它各摆施加驱动力，使 B、C、D、E 各摆做受迫振动，它 们振动的频率都等于 A 摆的固有频率。
（二）新课教学 1、阻尼振动
前面我们研究了简谐运动中能量的转化，对简谐运动而言，当供给振动系 统一定的能量使它开始振动后，由于机械能守恒，它就以一定的振幅永不停息 地振动下去，简谐运动是一种理想化的振动。下面我们来观察两个实际振动：
演示： （1）实际的单摆发生的振动； （2）敲击音叉后音叉的振动。 现象：单摆和音叉的振幅越来越小，最后停下来。 解释：在单摆和音叉的振动过程中，不可避免地要克服摩擦及其他阻力做 功，系统的机械能就要损耗，振动的振幅就会逐渐减小，机械能耗尽之时，振 动就会停下来了。 ①阻尼振动：振幅逐渐减小的振动，叫做阻尼振动。 所谓“阻尼”是指消耗系统能量的因素，它主要分两类：一类是摩擦阻 尼，例如单摆运动时的空气阻力等；另一类是辐射阻尼，例如音叉发声时，一 部分机械能随声波辐射到周围空间，导致音叉振幅减小。 由于振动系统受到摩擦和其他阻力，即受到阻尼作用，系统的机械能随着 时间而减少，同时振幅也逐渐减小。阻尼越小，振幅减小得越慢。阻尼过大 时，系统将不能发生振动。 当阻尼很小时，在一段不太长的时间内，看不出振幅有明显的减小，就可 以把它作为理想振动来处理。 ②阻尼振动的图象： （要求学生画出上述单摆和音叉的运动图象，在实物投影 x
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仪上展示，并给予讲评） 2、受迫振动
演示：用如图所示的实验装置，向下拉一下振子，观察它的振动情况。 现象：振子做的是阻尼振动，振动一段时间后停止振 动。 演示：请一位同学匀速转动把手，观察振动物体的振动 情况。 现象：现在振子能够持续地振动下去。 分析：使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 的外力的作用，外力对系统做功，补偿系统的能量损耗。 （1）驱动力：使系统持续地振动下去的外力，叫驱动力。 （2）受迫振动：物体在外界驱动力作用下所做的振动叫受迫振动。 要想使物体能持续地振动下去，必须给振动系统施加一个周期性的驱动力 作用。 受迫振动实例：发动机正在运转时汽车本身的振动；正在发声的扬声器纸 盒的振动；飞机从房屋上飞过时窗玻璃的振动；我们听到声音时耳膜的振动 等。 （多媒体展示几个受迫振动的实例） ①电磁打点计时器的振针；②工作时缝纫机的振针；③扬声器的纸盒；④ 跳水比赛时，人在跳板上走过时，跳板的振动；⑤机器底座在机器运转时发生 的振动。 （3）受迫振动的特点 做简谐运动的弹簧振子和单摆在振动时，按振动系统的固有周期和固有频 率振动。通过刚才的学习，我们知道物体在周期性的驱动力作用下所做的振动 叫受迫振动；那么周期性作用的驱动力的频率、受迫振动的频率、系统的固有 频率之间有什么关系呢? 演示：用前面的装置实验。用不同的转速匀速地转动把手，观察振子的振 动快慢情况。
结论：驱动力的频率 f 等于振动物体的固有频率 f′时，振幅最大；驱动 力的频率 f 跟固有频率 f′相差越大，振幅越小。
（2）共振
驱动力频率接近物体的固有频率时，受迫振动的振幅最大，这种现象叫做
共振。
（3）发生共振的条件
驱动力频率与物体的固有频率相等或接近。
（4）共振曲线
4
受A
迫 振 动 的 振 幅
பைடு நூலகம்
受迫振动的频率等于驱动力的频率，与物体的固有频率无关，但是如果驱
动力的频率接近或等于物体的固有频率时又会发
生什么现象呢?
演示：（共振演示仪）在一根张紧的绳上挂 了几个摆，其中 A、B、C 的摆长相等。先让 A 摆
B
DA E C
摆动，观察在摆动稳定后的现象。 现象：A 摆动起来后，B、C、D、E 也随之摆动，但是它们摆动的振幅不
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第五节 外力作用下的振动 教学目标：
（一）知识与技能 1、知道什么是阻尼振动；知道在什么情况下可以把实际发生的振动看作简 谐运动。 2、知道什么叫驱动力，什么叫受迫振动，能举出受迫振动的实例。 3、知道受迫振动的频率等于驱动力的频率，跟物体的固有频率无关。 4、知道什么是共振以及发生共振的条件。 （二）过程与方法 1、通过演示实验，了解阻尼振动的特点，明确受迫振动的频率决定于驱动 力的频率。 2、通过分析实际例子，得到什么是受迫振动和共振现象，培养学生理论联 系实际的能力。 （三）情感、态度与价值观 1、振动有多种不同类型说明各种运动形式都是普遍性下的特殊性的具体体 现。 2、通过共振产生条件的教学，认识内因和外因的关系。 教学重点： 受迫振动的概念以及共振及产生共振的条件。 教学难点： 共振及产生共振的条件。 教学方法: 观察、对比、讨论、阅读、实验演示、多媒体展示。 教学用具： 单摆、受迫振动演示仪、共振演示仪、两个相同的带有共鸣箱的音叉、橡 皮槌、CAI课件 教学过程: （一）引入新课
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教师：通过前面的学习，我们知道做简谐运动的物体都要受到回复力的作 用。回复力是振动系统内部的相互作用，是内力。如果振动系统不受外力的作 用。此时的振动叫固有振动，其振动频率叫做固有频率。而实际的振动系统不 可避免地要受到摩擦阻力和其他因素的影响，系统的机械能要不断损耗，在这 种情况下，它将怎样运动呢？本节课我们来学习这方面的问题。