《5 外力作用下的振动》学习任务单

《5外力作用下的振动》学习任务单班级：姓名：小组：层次代号：教师评价：【课程标准与考试要求】在高中物理选修34的学习中，对于机械振动这一板块，要求学生理解外力作用下振动的相关概念，包括受迫振动和共振等。能够运用相关知识解决一些简单的物理问题，例如计算受迫振动的频率，分析共振现象在实际生活中的应用等。在考试中，会以选择题、填空题或者简单的计算题形式出现，考查学生对基本概念的理解和简单的应用能力。【学习目标】1、知识与技能能准确说出受迫振动的概念，理解受迫振动的频率特点。掌握共振的概念，能计算共振频率，并且清楚共振发生的条件。可以列举出生活中受迫振动和共振的实例，并用所学知识进行简单解释。2、过程与方法通过实验观察和分析，培养观察能力和逻辑思维能力。经历从实际生活现象到物理概念建立的过程，学会用物理知识解决实际问题的方法。3、情感、态度与价值观感受物理知识与生活的紧密联系，提高学习物理的兴趣。体验科学探究的乐趣，培养勇于探索、实事求是的科学态度。【学习重点】1、受迫振动的频率与驱动力频率的关系。2、共振的概念、条件和特点。【学习难点】1、理解共振现象及其产生的条件。2、如何运用共振知识解释一些复杂的生活现象。【知识链接】1、回顾简谐运动的概念和特点。简谐运动是一种理想化的振动模型，像弹簧振子和单摆的小角度摆动在一定条件下都可以近似看成简谐运动。它的运动方程可以用正弦函数或者余弦函数来表示，具有周期性、对称性等特点。2、了解振动的能量。在振动过程中，动能和势能相互转化，总机械能保持不变（在无摩擦等理想情况下）。例如弹簧振子，当弹簧压缩或者拉伸到最大程度时，动能为零，势能最大；当振子经过平衡位置时，势能为零，动能最大。【自主学习案】一、课前热身1、先回忆一下之前学过的简谐运动。你能简单说说简谐运动的回复力有什么特点吗？比如说，回复力的大小和方向是怎么随物体的位移变化的呢？就像我们之前观察弹簧振子的时候，弹簧被拉长或者压缩时，它好像有一种力量想让振子回到平衡位置，这个力量就是回复力。2、咱们生活中有很多振动现象，你能举几个例子吗？比如钟摆的摆动，琴弦的振动。那你有没有想过这些振动有没有受到外界的影响呢？二、概念探索1、受迫振动阅读课本上关于受迫振动的内容，然后试着用自己的话解释一下什么是受迫振动。给你讲个有趣的事儿，我家楼下有个小秋千，每次有小朋友去玩的时候，就会有人在后面推。这个秋千本来是静止的，但是在小朋友的屁股坐在上面，并且后面有人不断推（这就相当于有个外力作用）的情况下，它就开始有规律地摆动起来了。这就有点像受迫振动哦。那你从这个例子里能抽象出受迫振动的概念吗？按照课本上的介绍，做一个简单的小实验。找一个小弹簧，在弹簧一端系上一个小物体，然后用手有规律地上下拉动弹簧的另一端，观察小物体的振动情况。你会发现小物体的振动频率好像和你手拉动的频率有关系哦。那你能根据这个实验结果，总结出受迫振动的频率特点吗？2、共振继续阅读课本，了解共振的概念。共振这个词听起来是不是有点神秘呢？其实我们在生活中经常会遇到。比如说我有一次去看一个合唱团的表演，当他们唱到某个高音的时候，我突然发现舞台上有个小摆件开始剧烈地晃动起来了。后来我才知道，这可能是因为歌声的频率刚好和那个小摆件的固有频率接近了，就发生了共振现象。那你从这个故事里能不能理解一点共振的概念呢？在课本上找到共振发生的条件，然后把它写下来。并且思考一下，如果一个物体的固有频率是5Hz，那要让它发生共振，驱动力的频率大概应该是多少呢？三、实例分析1、在生活中找一找受迫振动的例子。比如说，手机振动的时候，它的振动是怎么产生的呢？是不是因为有一个小小的电机在里面，电机按照一定的频率转动，从而让手机产生了受迫振动呢？还有汽车在行驶过程中，发动机的振动会传递到车身，车身也会产生受迫振动。你还能想到其他的例子吗？把你想到的例子写下来，并且简单分析一下其中的驱动力是什么，以及受迫振动的频率大概是多少。2、对于共振现象，也找一些生活中的例子。除了我前面说的合唱团表演时小摆件晃动的例子，还有很多呢。像军队过桥的时候为什么要便步走呢？这就和共振有关哦。因为如果齐步走的话，脚步的频率可能会接近桥的固有频率，就可能会引发共振，导致桥发生危险的晃动。你还能找到哪些共振的例子呢？把这些例子详细地写下来，并且解释清楚其中共振产生的原理。【自学反思】我的收获：我学会了受迫振动和共振的概念，知道了受迫振动的频率和驱动力频率有关，共振发生需要驱动力频率接近物体的固有频率。还找到了很多生活中的例子，感觉物理和生活联系很紧密。我的疑问：我不太明白在一些复杂的系统中，怎么准确地找到物体的固有频率呢？还有，如果有多个外力同时作用，受迫振动的情况又会变得多么复杂呢？【互动探究案】一、小组讨论1、分成小组，每个小组45个人。每个小组先分享一下自己在自主学习过程中找到的受迫振动和共振的例子，然后大家一起讨论这些例子是否正确，有没有分析得准确到位。2、在小组里讨论一下受迫振动和共振之间的联系和区别。比如说，受迫振动是共振的前提吗？共振是不是受迫振动的一种特殊情况呢？大家可以结合自己的理解和找到的例子来进行讨论。二、实验探究1、小组合作进行一个简单的共振实验。实验器材可以用几个不同长度的摆（可以用细线和小重物自制），一个可以产生周期性振动的振动源（比如一个小电机带动一个偏心轮来产生振动）。把振动源放在摆的附近，然后慢慢调节振动源的振动频率，观察各个摆的摆动幅度。记录下每个摆开始剧烈摆动（也就是可能发生共振）时振动源的频率。根据实验结果，思考为什么不同长度的摆发生共振时的频率不一样呢？这和摆的固有频率有什么关系呢？2、改变实验条件，比如增加或者减少摆的长度，再重复上述实验。观察实验结果有什么变化，并且尝试用所学的知识来解释这些变化。三、问题解决1、有一个弹簧振子，它的固有频率是10Hz。现在有一个周期性的外力作用在它上面，外力的频率从5Hz慢慢增加到15Hz。请预测一下这个弹簧振子的振动幅度会怎么变化呢？并且解释你的预测依据。2、一座桥的固有频率是20Hz，一辆汽车以一定的速度通过这座桥，汽车发动机的振动频率是18Hz。那么这座桥会发生共振吗？如果汽车速度改变，发动机的振动频率也会改变，那么在什么情况下桥可能会发生共振呢？【小结】1、受迫振动是在周期性外力（驱动力）作用下的振动，其振动频率等于驱动力的频率，而与物体的固有频率无关。2、共振是一种特殊的受迫振动，当驱动力的频率接近物体的固有频率时，物体的振动幅度会急剧增大，此时就发生了共振现象。共振在生活中有很多应用，比如乐器的共鸣箱就是利用共振来增强声音的响度；但共振也可能会带来危害，像前面提到的军队过桥的例子，如果不注意就可能导致危险。【巩固训练案】一、选择题1、关于受迫振动，下列说法正确的是（）A.是在恒定的外力作用下的振动B.振动频率可能大于或小于物体的固有频率C.振动频率等于物体的固有频率D.振动频率总是等于驱动力的频率2、下列现象中属于共振现象的是（）A.杂技演员荡秋千越荡越高B.下雨前雷声隆隆不绝C.机器运转时底座发生振动D.一个单摆的摆长为L，摆球质量为m，在其摆动过程中，摆线的张力大小会发生周期性变化二、填空题1、一个弹簧振子的固有频率为5Hz，如果给它施加一个频率为8Hz的周期性外力，那么这个弹簧振子做的是______振动，其振动频率为______Hz。2、某一物体在受到驱动力作用下做受迫振动，当驱动力的频率为12Hz时，物体振动的幅度最大，由此可知物体的固有频率为______Hz。三、简答题1、请简述受迫振动和共振的区别与联系。2、举例说明共振在生活中的利与弊。【学习反思】我的收获：通过互动探究和巩固训练，我对受迫振动和共振的理解更深刻了，也学会了用所学知识解决一些实际问题。我的疑问：在解决一些实际问题时，有时候会混淆受迫振动和共振的概念，不知道怎么准确判断，该怎么办呢？【巩固训练案】一、选择题1、D受迫振动是在周期性外力（驱动力）作用下的振动，其振动频率总是等于驱动力的频率，而不是恒定外力作用下的振动，A错误，D正确；受迫振动频率与物体固有频率无关，B、C错误。2、C杂技演员荡秋千越荡越高是因为能量的不断输入，A错误；下雨前雷声隆隆不绝是声音的多次反射造成的，B错误；机器运转时底座发生振动可能是因为机器的振动频率接近底座的固有频率，发生了共振，C正确；单摆摆线张力大小周期性变化是因为摆球做圆周运动向心力变化，D错误。二、填空题1、受迫，8因为施加了周期性外力，所以做受迫振动，受迫振动的频率等于驱动力的频率，即8Hz。2、12当驱动力频率等于物体固有频率时，物体振动幅度最大，所以物体固有频率为12Hz。三、简答题1、区别：受迫振动是在周期性外力（驱动力）作用下的振动，其振动频率等于驱动力的频率，与物体的固有频率无关；而共振是当驱动力的频率接近物体的固有频率时，物体振动幅度急剧增大的现象。受迫振动是一种普遍的在驱动力作用下的振动情况，而共振是受迫振动中的一种特殊情况，只有当驱动力频率接近固有频率时才会发生。联系：共振是受迫振动的特殊情况，受迫振动是共振的前提，只有存在受迫振动，才可能有共振现象的发生。2、利：乐器中的共鸣箱，例如小提琴的琴身，它的固有频率和琴弦振动的某些频率接近，当琴弦振动时，琴身发生共振，能够增强声音的响度和音色，使