第四节 受迫振动 共振（表格式教学设计）物理沪科版选择性必修第一册

该高中物理教学设计聚焦受迫振动与共振核心知识，以古代青铜“洗”盆摩擦发声溅水现象导入，衔接简谐运动基础，通过“固有振动—阻尼振动—受迫振动—共振”逻辑链构建知识支架，层层递进梳理概念规律。 亮点在于生活化情境激发兴趣，实验驱动（弹簧振子、共振曲线分析）与问题情境（洗衣机振动现象）结合，培养科学探究与科学思维，强化能量观念理解，例题练习巩固重难点，助力学生深化物理观念，方便教师高效教学。

第四节 受迫振动 共振（教学设计） 年级 高二 学科 物理 课时数 课题 第四节 受迫振动 共振（教学设计） 教学 目标 1. 知道什么是固有振动和阻尼振动，并能用能量的观点给予说明。 2. 知道受迫振动的频率等于驱动力的频率，而跟振动物体的固有频率无关。 3. 理解共振的概念，知道共振常见的应用和危害。 教材 分析 本节内容位于“机械振动”章节的收束位置，是在已掌握简谐运动基本规律的基础上，对真实振动现象再作拓展与提升的关键一课。教材通过“固有振动—阻尼振动—受迫振动—共振”的逻辑链条，让学生认识外界因素对振动状态的影响，并能用能量观点予以解释。 教学重点 1. 受迫振动的定义与特点：稳定后频率等于驱动力频率； 2. 共振现象的条件、曲线特征及应用或防止。 教学难点 1. 用能量观点理解阻尼振动振幅衰减； 2. 从实验数据中提炼“共振曲线”并作物理解释。 教学过程 教师活动 学生活动 导入新课 洗”是古代盥洗用的脸盆，多用青铜铸成，现代亦有许多仿制的工艺品。倒些清水在其中，用手掌慢慢摩擦盆耳，盆就会发出嗡嗡声，到一定节奏时还会溅起层层水花。这是为什么？ 学习新课 一、固有振动、阻尼振动 1. 固有振动和固有频率 (1)固有振动：振动系统在不受外力作用下的振动。 (2)固有频率：固有振动的频率。 2. 阻尼振动 振动系统受到阻力作用时，振幅逐渐减小的振动，如图所示。 (2)振动系统能量衰减的两种方式： ①振动系统受到摩擦阻力作用，机械能逐渐转化为内能。 ②振动系统引起邻近介质中各质点的振动，能量向四周辐射出去。 如图所示的实验装置为一挂在曲轴上的弹簧振子，匀速摇动手柄，右面的弹簧振子就会振动起来。实际动手做一下，然后回答以下几个问题： (1)在不忽略空气阻力的情况下，如果手柄不动而用手拉动一下振子，从振幅角度看弹簧振子的振动属于什么振动？从有没有系统外力作用角度看弹簧振子的振动属于什么振动？ 答案　阻尼振动　固有振动 (2)用不同的转速匀速转动手柄，弹簧振子的振动有何不同？这能说明什么问题？ 答案　转速大时弹簧振子振动得快，说明弹簧振子振动的周期和频率由手柄转速决定。 掌握固有振动和固有频率的定义 从能量的角度理解阻尼振动 学习新课 二、受迫振动 1. 驱动力 作用于振动系统的周期性的外力。 2. 受迫振动 (1)定义：系统在驱动力作用下的振动。 (2)受迫振动的频率(周期)：物体做受迫振动达到稳定后，其振动频率总等于驱动力的频率，与系统的固有频率无关。 (3)三种振动的比较 【例1】如图是摆球做阻尼振动的振动图像，下列说法正确的是（ B ） A.振动过程中周期变小 B.振动过程中周期不变 C.摆球A时刻的势能大于B时刻的势能 D.摆球A时刻的动能等于B时刻的动能 【例2】如图所示，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。 (1)开始时不转动摇把，而用手往下拉振子，然后放手让振子上下振动，测得振子在10 s内完成20次振动，不考虑阻力，振子做什么振动？其固有周期和固有频率各是多少？若考虑阻力，振子做什么振动？ 答案　简谐运动　0.5 s　2 Hz　阻尼振动 (2)在振子正常振动过程中，以转速4 r/s匀速转动把手，振子的振动稳定后，振子做什么运动？其周期是多少？ 答案　受迫振动　0.25 s 掌握受迫振动的定义 学习新课 三、共振 1. 定义 驱动力的频率f等于系统的固有频率f0时，受迫振动的振幅最大，这种现象称为共振。 【问题情境】洗衣机在衣服脱水完毕关闭电源后，脱水桶还要转动一会才能停下来。在关闭电源后，发现洗衣机先振动得比较弱，有一阵子振动得很剧烈，然后振动慢慢减弱直至停下来。 (1)开始时，洗衣机为什么振动比较弱？ 答案　开始时，脱水桶转动的频率远高于洗衣机的固有频率，振幅较小，振动比较弱。 (2)期间剧烈振动的原因是什么？ 答案　当洗衣机脱水桶转动的频率等于洗衣机的固有频率时发生共振，振动剧烈。 2. 共振的条件 驱动力的频率与系统的固有频率相等，即f驱＝f固 3. 共振曲线 如图所示，共振曲线的横坐标为驱动力的频率，纵坐标为受迫振动的振幅。 f＝f0时发生共振；f＞f0或f＜f0时振幅较小。f与f0相差越大，振幅越小。 4. 共振的利用与防止 (1)利用：要利用共振，就应尽量使驱动力的频率与物体的固有频率一致。如共振筛、共振转速计等。 (2)防止：在需要防止共振危害时，要尽量使驱动力的频率和固有频率不相等，而且相差越多越好.如：部队过桥应便步走。 说明：共振是物体做受迫振动时的一种特殊现象。 【例3】如图甲所示，一个竖直圆盘转动时，固定在圆盘上的小圆柱带动一个T形支架在竖直方向振动，T形支架下面系着一个弹簧和小球组成的振动系统。当圆盘静止时，小球可稳定振动。改变圆盘匀速转动的周期，其共振曲线(振幅A与驱动力的频率f的关系)如图乙所示.现使圆盘以4 s的周期匀速转动，经过一段时间后，小球振动达到稳定，则下列说法正确的是（ C ） A.此振动系统的固有频率约为0.25 Hz B.此振动系统的振动频率约为3 Hz C.若圆盘匀速转动的周期减小，系统的振动频率变大 D.若圆盘匀速转动的周期增大，共振曲线的峰值将向左移动 【针对训练】下表记录了某受迫振动的振幅随驱动力频率变化的关系，若该振动系统的固有频率为f固，则（ C ） A.f固＝60 Hz B.60 Hz＜f固＜70 Hz C.50 Hz＜f固≤60 Hz D.以上三个都不对 【例4】下列关于共振和防止共振的说法，正确的是（ D ） A.共振现象总是有害的，所以要避免共振现象发生 B.队伍过桥要慢行是为了不产生周期性的驱动力，从而避免产生共振 C.火车过桥慢行是为了使驱动力的频率接近于桥的固有频率，从而避免产生共振 D.利用共振时，应使驱动力的频率接近或等于振动物体的固有频率，防止共振危害时，应使驱动力的频率远离振动物体的固有频率 理解共振的定义、条件和曲线 课 堂 练 习 1. 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 ） A.振幅 B.位移 C.周期 D.动能 2. 如图所示，五个摆悬挂于同一根绷紧的水平绳上，A是摆球质量较大的摆，让它摆动后带动其他摆运动，下列结论正确的是（ D ） A.只有E摆的振动周期与A摆的相同 B.其他各摆的振幅都相等 C.其他各摆的振幅不同，E摆的振幅最大 D.其他各摆的振动周期不同，D摆周期最大 3. 如图所示为某振动系统做受迫振动的振幅A随驱动力频率f变化的关系图，则下列说法正确的是（ B ） A.振动系统的固有频率大于f0 B.当驱动力频率为f0时，振动系统会发生共振现象 C.振动系统振动的频率由驱动力频率和振动系统的固有频率共同决定 D.驱动力频率越大，振动系统的振幅越大 4. 如图所示为单摆在两次受迫振动中的共振曲线，下列说法正确的是（ C ） A.若两次受迫振动分别在月球和地球上进行，且摆长相同，则图线Ⅰ表示地球上单摆的共振曲线 B.若两次受迫振动是在地球上同一地点进行，则两次摆长之比l1∶l2＝5∶2 C.图线Ⅱ若是在地球上完成的，则该单摆摆长约为1 m D.若摆长约为1 m，则图线Ⅰ是在地球上完成的 板 书 设 计 2.4 受迫振动 共振 一、固有振动、阻尼振动 1. 固有振动和固有频率 (1)固有振动：振动系统在不受外力作用下的振动。 (2)固有频率：固有振动的频率。 2. 阻尼振动 振动系统受到阻力作用时，振幅逐渐减小的振动。 振动系统能量衰减的两种方式： ①振动系统受到摩擦阻力作用，机械能逐渐转化为内能。 ②振动系统引起邻近介质中各质点的振动，能量向四周辐射出去。 二、受迫振动 1. 驱动力 作用于振动系统的周期性的外力。 2. 受迫振动 (1)定义：系统在驱动力作用下的振动。 (2)受迫振动的频率(周期)：物体做受迫振动达到稳定后，其振动频率总等于驱动力的频率，与系统的固有频率无关。 三、共振 1. 定义 驱动力的频率f等于系统的固有频率f0时，受迫振动的振幅最大，这种现象称为共振。 2. 共振的条件 驱动力的频率与系统的固有频率相等，即f驱＝f固 3. 共振曲线 如图所示，共振曲线的横坐标为驱动力的频率，纵坐标为受迫振动的振幅。 f＝f0时发生共振；f＞f0或f＜f0时振幅较小。f与f0相差越大，振幅越小。 作业布置 教学反思 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $