外力作用下的振動教案

1、第五節(jié) 外力作用下的振動教學目標：（一）知識與技能1、知道什么是阻尼振動；知道在什么情況下可以把實際發(fā)生的振動看作簡 諧運動。2、知道什么叫驅(qū)動力，什么叫受迫振動，能舉出受迫振動的實例。3、知道受迫振動的頻率等于驅(qū)動力的頻率，跟物體的固有頻率無關(guān)。4、知道什么是共振以及發(fā)生共振的條件。（二）過程與方法1、通過演示實驗，了解阻尼振動的特點，明確受迫振動的頻率決定于驅(qū)動 力的頻率。2、通過分析實際例子，得到什么是受迫振動和共振現(xiàn)象，培養(yǎng)學生理論聯(lián) 系實際的能力。（三）情感、態(tài)度與價值觀1、振動有多種不同類型說明各種運動形式都是普遍性下的特殊性的具體體 現(xiàn)。2、通過共振產(chǎn)生條件的教學，認識內(nèi)因和外因

2、的關(guān)系。教學重點：受迫振動的概念以及共振及產(chǎn)生共振的條件。教學難點：共振及產(chǎn)生共振的條件。教學方法 :觀察、對比、討論、閱讀、實驗演示、多媒體展示。教學用具：單擺、受迫振動演示儀、共振演示儀、兩個相同的帶有共鳴箱的音叉、橡皮 槌、CAI課件 教學過程 :（一）引入新課教師：通過前面的學習，我們知道做簡諧運動的物體都要受到回復力的作用回復力是振動系統(tǒng)內(nèi)部的相互作用，是內(nèi)力。如果振動系統(tǒng)不受外力的作用。此 時的振動叫固有振動，其振動頻率叫做固有頻率。而實際的振動系統(tǒng)不可避免地 要受到摩擦阻力和其他因素的影響，系統(tǒng)的機械能要不斷損耗，在這種情況下， 它將怎樣運動呢？本節(jié)課我們來學習這方面的問題。（二

3、）新課教學1、阻尼振動前面我們研究了簡諧運動中能量的轉(zhuǎn)化， 對簡諧運動而言，當供給振動系統(tǒng) 一定的能量使它開始振動后，由于機械能守恒，它就以一定的振幅永不停息地振 動下去，簡諧運動是一種理想化的振動。下面我們來觀察兩個實際振動：（1）實際的單擺發(fā)生的振動；（2）敲擊音叉后音叉的振動?，F(xiàn)象：單擺和音叉的振幅越來越小，最后停下來。解釋：在單擺和音叉的振動過程中，不可避免地要克服摩擦及其他阻力做功，系統(tǒng)的機械能就要損耗，振動的振幅就會逐漸減小，機械能耗盡之時，振動就會停下來了。 阻尼振動：振幅逐漸減小的振動，叫做阻尼振動。所謂“阻尼”是指消耗系統(tǒng)能量的因素，它主要分兩類：一類是摩擦阻尼，例如單擺運動

4、時的空氣阻力等；另一類是輻射阻尼，例如音叉發(fā)聲時，一部分機械能隨聲波輻射到周圍空間，導致音叉振幅減小。由于振動系統(tǒng)受到摩擦和其他阻力， 即受到阻尼作用，系統(tǒng)的機械能隨著時 間而減少，同時振幅也逐漸減小。阻尼越小，振幅減小得越慢。阻尼過大時，系 統(tǒng)將不能發(fā)生振動。當阻尼很小時，在一段不太長的時間內(nèi)，看不出振幅有明顯的減小，就可以 把它作為理想振動來處理。 阻尼振動的圖象：（要求學生畫出上述單擺和音叉的運動圖象,在實物投影儀O上展示，并給予講評）2、受迫振動況。演示:現(xiàn)象:演示:現(xiàn)象:分析:用如圖所示的實驗裝置，向下拉一下振子，觀察它的振動情況。振子做的是阻尼振動，振動一段時間后停止振動。請一位同

5、學勻速轉(zhuǎn)動把手，觀察振動物體的振動情現(xiàn)在振子能夠持續(xù)地振動下去。使振子能夠持續(xù)振動下去的原因，是把手給了振動系統(tǒng)一個周期性的外力的作用，外力對系統(tǒng)做功，補償系統(tǒng)的能量損耗。（1）驅(qū)動力：使系統(tǒng)持續(xù)地振動下去的外力，叫驅(qū)動力。（2）受迫振動：物體在外界驅(qū)動力作用下所做的振動叫受迫振動。要想使物體能持續(xù)地振動下去，必須給振動系統(tǒng)施加一個周期性的驅(qū)動力作 用。受迫振動實例：發(fā)動機正在運轉(zhuǎn)時汽車本身的振動； 正在發(fā)聲的揚聲器紙盒 的振動；飛機從房屋上飛過時窗玻璃的振動；我們聽到聲音時耳膜的振動等。（多媒體展示幾個受迫振動的實例）電磁打點計時器的振針；工作時縫紉機的振針；揚聲器的紙盒； 跳 水比賽時，人

6、在跳板上走過時，跳板的振動；機器底座在機器運轉(zhuǎn)時發(fā)生的振 動。（3）受迫振動的特點做簡諧運動的彈簧振子和單擺在振動時，按振動系統(tǒng)的固有周期和固有頻率 振動。通過剛才的學習，我們知道物體在周期性的驅(qū)動力作用下所做的振動叫受 迫振動；那么周期性作用的驅(qū)動力的頻率、 受迫振動的頻率、系統(tǒng)的固有頻率之 間有什么關(guān)系呢？演示：用前面的裝置實驗。用不同的轉(zhuǎn)速勻速地轉(zhuǎn)動把手，觀察振子的振動 快慢情況?，F(xiàn)象：當把手轉(zhuǎn)速小時，振子振動較慢；當把手轉(zhuǎn)速大時，振子振動較快。 物體做受迫振動時，振動物體振動的快慢隨驅(qū)動力的周期而變化?？偨Y(jié)： 物體做受迫振動時，振動穩(wěn)定后的頻率等于驅(qū)動力的頻率； 受迫振動的頻率跟物體的

7、固有頻率沒有關(guān)系。3、共振(1)共振擺實驗受迫振動的頻率等于驅(qū)動力的頻率， 與物體的固有頻率無關(guān)，但是如果驅(qū)動力的頻率接近或等于物體的固有頻率時又會發(fā)生 什么現(xiàn)象呢？演示：(共振演示儀)在一根張緊的繩上掛了 幾個擺，其中A、B、C的擺長相等。先讓A擺擺動, 觀察在擺動穩(wěn)定后的現(xiàn)象現(xiàn)象：A擺動起來后，B CD E也隨之擺動，但是它們擺動的振幅不同,A、B、C擺動的振幅差不多，而 D擺動的振幅最小。分析：ABC擺長相同，據(jù)T 2；g和f 1得到，A、B、C三擺的固有頻率相同。D擺的擺長與A擺相差最多，兩者的固有頻率相差最大。 A擺振動后 通過張緊的繩子給其它各擺施加驅(qū)動力，使 B CD E各擺做受

8、迫振動，它們 振動的頻率都等于A擺的固有頻率。結(jié)論：驅(qū)動力的頻率f等于振動物體的固有頻率f時，振幅最大；驅(qū)動力 的頻率f跟固有頻率f相差越大，振幅越小。(2)共振驅(qū)動力頻率接近物體的固有頻率時， 受迫振動的振幅最大，這種現(xiàn)象叫做共 振。(3) 發(fā)生共振的條件驅(qū)動力頻率與物體的固有頻率相等或接近。(4) 共振曲線通過上述實驗我們知道，受迫振動的振幅A與驅(qū)動力的 頻率f及振動物體的固有頻率f /之間的關(guān)系有關(guān)，它們之 間的這種關(guān)系可用圖象來表示，這個圖象叫共振曲線，如圖:縱軸：表示受迫振動的振幅。橫軸：表示驅(qū)動力的頻率。特點：當驅(qū)動力頻率等于物體固有頻率時，物體振動的振幅最大；驅(qū)動力頻率與固有頻率

9、相差越大，物體的振幅越小（5）共振的實例：聲音的共鳴演示：兩個頻率相同的帶有共鳴箱的音叉，放在實驗臺上。先用小槌打擊音 叉A的叉股，使它發(fā)聲，過一會兒，用手按住音叉 A的叉股，使A停止發(fā)聲，觀 察發(fā)生的現(xiàn)象?，F(xiàn)象：可以聽到?jīng)]被敲打的音叉 B發(fā)出了聲音。演示： 在其中的一只音叉的叉股上套上一個套管，重新做上面的實驗，觀察 發(fā)生的現(xiàn)象?，F(xiàn)象：音叉B不再發(fā)出聲音了。分析：音叉A的叉股被敲時發(fā)生振動，在空氣中激起聲波，聲波傳到音叉B， 給音叉 B 以周期性的驅(qū)動力。第一次實驗時， A、B 的固有頻率相同，符合產(chǎn)生 共振的條件，于是B的振幅最大，就可以聽到B發(fā)出的聲音；第二次實驗時，由 于給B的音叉套上

10、了套管，使A、B的固有頻率不再相同，此時B不能產(chǎn)生共振， 發(fā)出的聲音很小，甚至聽不到。聲音的共振現(xiàn)象叫共鳴。共鳴箱所起的作用是使音叉的聲音加強。（6）共振的應用和防止 利用共振時，應使驅(qū)動力的頻率接近或等于物體的固有頻率 實例：共振篩、音箱、小提琴與二胡等樂器設置共鳴箱、建筑工地上澆鑄混凝土時使用的振搗器、跳水運動員做起跳動作的“顛板”過程等。 防止共振時， 應使驅(qū)動力的頻率與振動物體的固有頻率不同， 而且相差越 大越好實例： 火車過橋時要放慢速度、軍隊過橋時用便步行走、輪船航行時要看波 浪的打擊方向而改變輪船的航向和速度、機器運轉(zhuǎn)時為了防止共振要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速 等。（三）課堂小結(jié)1、實際的振動系統(tǒng)

11、由于受到外界阻尼作用，振動系統(tǒng)的機械能逐漸減小， 振幅逐漸減小， 這種振動叫阻尼振動， 實際的振動系統(tǒng)如果沒有能量補充都是阻 尼振動，簡諧運動只是一種理想的模型。2、物體在外界驅(qū)動力作用下所做的振動叫受迫振動，受迫振動的頻率取決 于驅(qū)動力的頻率。3、共振是受迫振動的特殊情況，當驅(qū)動力的頻率接近或等于物體固有頻率 時，受迫振動振幅最大的現(xiàn)象，叫做共振。（四）布置作業(yè) 完成“問題與練習”的題目，閱讀“科學漫步”中的材料。附：課后練習1、火車在鐵軌上勻速行駛，每根鐵軌長 12.5cm，某旅客在小桌上放了一杯 水，杯中水晃動的固有頻率是 2Hz,當火車行駛速度是多少 km/h時，杯中水的 晃動最厲害

12、?（參考答案： 90km/h）2、家用洗衣機的甩干機關(guān)閉后轉(zhuǎn)速逐漸減小為零的過程中，會發(fā)現(xiàn)有一小 段時間洗衣機抖動得最厲害。這一現(xiàn)象應如何解釋 ?（參考答案：洗衣機的固有頻率 f。小于甩干機的正常轉(zhuǎn)動圓頻率 2 n,關(guān) 機后，驅(qū)動力頻率2 n減為0的過程中總有某一時刻等于f。，于是發(fā)生共振， 使洗衣機抖動最厲害）3、一只酒杯，用手指彈一下發(fā)出清脆的聲音，測得其振動的固有頻率為300Hz,將它放在兩只大功率的音箱中間，調(diào)整音箱發(fā)音的頻率，能使酒杯碎掉， 這是現(xiàn)象，這時音箱所發(fā)出聲音的頻率為 Hz（參考答案：共振； 300）4、 A B兩彈簧振子，A固有頻率為f， B固有頻率為4f，若它們均在頻率 為 3f 的驅(qū)動力作用下做受迫振動，則（ B ）A. A的振幅較大，振動頻率為fB. B的振幅較大，振動頻率為3fC. A的振幅較大，振動頻率為3fD. B的振幅較大，振動頻率為4f5、某振動系統(tǒng)的固有頻率fi，該振動