高二物理受迫振動-共振

1、受迫振動、共振本節(jié)教材分析本節(jié)從功能關(guān)系、動力學、運動學等多角度來研究受迫振動及其特例共振現(xiàn)象.在教學中應該充分發(fā)揮實驗的作用，使學生理解物體在做受迫振動時其頻率跟驅(qū)動力頻率的關(guān)系，以及受迫振動的頻率與物體固有頻率接近時振動的特點. 另外，在本節(jié)的教學中應注意多舉一些共振在實際中的應用以及避免共振的做法，培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際的能力和習慣.教學目標一、知識目標1.知道什么是受迫振動，知道受迫振動的頻率等于驅(qū)動力的頻率.2.知道什么是共振以及發(fā)生共振的條件.3.知道共振的應用和防止的實例.二、能力目標1.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)學生聯(lián)系實際，提高觀察和分析能力.2.了解

2、共振在實際中的應用和防止，提高理論聯(lián)系實際的能力.三、德育目標1.通過共振的應用和防止的教學，滲透一分為二的觀點.2.通過共振產(chǎn)生條件的教學，認識內(nèi)因和外因的關(guān)系.教學重點1.什么是受迫振動.2.什么是共振及產(chǎn)生共振的條件.教學難點1.物體發(fā)生共振決定于驅(qū)動力的頻率與物體固有頻率的關(guān)系，與驅(qū)動力大小無關(guān).2.當f驅(qū)固時，物體做受迫振動的振幅最大.教學方法1.實驗演示，總結(jié)歸納得到什么是共振及受迫振動的頻率決定于驅(qū)動力的頻率.2.多媒體演示、舉例，了解共振的應用和防止.3.學生討論，認識共振曲線的物理意義.教學用具自制投影片、CAI課件、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、小槌

3、.教學過程用投影片出示本節(jié)課的學習目標：1.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.2.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).3.知道什么叫共振，知道共振發(fā)生的條件.4.知道共振的應用和防止.學習目標完成過程： 一、導入新課1.什么是阻尼振動?學生答：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)的機械能損耗，導致振動完全停止，這類振動叫阻尼振動.2.引入：同學們，我們知道，物體之所以做阻尼振動，是由于機械能在損耗，那么如果在機械能損耗的同時我們不斷地給它補充能量物體的振動情形又如何呢?本節(jié)課我們來研究有關(guān)的問題.圖1二、新課教學1.受迫振動(

4、1)演示，用用圖1所示的實驗裝置向下拉一下振子，觀察它的振動情況.學生答：振子做的是阻尼振動.請一位同學勻速轉(zhuǎn)動把手，觀察振動物體的振動情形和剛才有什么不同? 學生答：剛才振子振動一會就停下來，而現(xiàn)在振子能夠持續(xù)地振動下去.教師問：使振子能夠持續(xù)振動下去的原因是什么? 學生答：是把手給了振動系統(tǒng)一個周期性的力的作用.(2)通過上述演示分析后，教師總結(jié)并板書作用于振動系統(tǒng)，使系統(tǒng)能持續(xù)地振動下去的外力叫驅(qū)動力.物體在外界驅(qū)動力作用下所做的振動叫受迫振動.(3)教師問：如果我們給系統(tǒng)施加一作用時間很短的驅(qū)動力，系統(tǒng)能持續(xù)地振動下去嗎?學生討論后得到要想使物體能持續(xù)地振動下去，必須給振動系統(tǒng)施加一個

5、周期性的驅(qū)動力作用.(4)同學們想一想：有哪些物體做的是受迫振動? 學生答：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.教師對學生進行激勵評價，提醒學生要注意多觀察生活，并把學到的物理知識聯(lián)系實際加以應用.(5)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.(6)教師講：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

6、什么關(guān)系呢?還以圖1中的裝置進行如下演示： 用不同的轉(zhuǎn)速分別勻速地轉(zhuǎn)動把手，觀察振子的振動快慢情況.學生敘述觀察到的現(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.定性總結(jié)：物體做受迫振動時，振子振動的快慢隨驅(qū)動力變化的快慢而變化.(7)教師：經(jīng)過定量實驗證明物體做受迫振動時，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固有頻率沒有關(guān)系.2.共振過渡引言：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)動圖2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? (1)演示實驗(二)介紹圖2所示的共振演示儀在一根張緊的繩子ab上掛了幾個擺，其中A、

7、B、C的擺長相等.演示：先讓A擺擺動，觀察在擺動穩(wěn)定后的現(xiàn)象.學生描述看到的現(xiàn)象.A擺動起來后，B、C、D、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.(2)出示分析思考題a:A、B、C擺長相同，意味著它們的固有頻率有什么關(guān)系?根據(jù)是什么?b:B、C、D、E做的是什么振動?若是受迫振動，驅(qū)動力由什么提供?c:據(jù)觀察到的現(xiàn)象可得到什么結(jié)論?(3)學生討論后回答據(jù)和得到，A、B、C三擺的固有頻率相同.B、C、D、E做的是受迫振動，它們的驅(qū)動力都是由先擺起來的A擺提供的.據(jù)實驗現(xiàn)象得到：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)動力的頻率跟固

8、有頻率f 相差越大，振幅越小. (4)教師講：通過上述實驗，我們得到：受迫振動的振幅A與驅(qū)動力的f及振動物體的固有頻率之間的關(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.用多媒體出示共振曲線a:學生敘述坐標軸代表的物理量.縱軸：表示受迫振動的振幅.橫軸：表示驅(qū)動力的頻率.b:據(jù)圖象特點，學生敘述受迫振動的振幅、驅(qū)動力的頻率、物體的固有頻率之間的關(guān)系.當驅(qū)動力頻率等于物體固有頻率時，物體振幅最大，驅(qū)動力頻率與固有頻率相差越大，物體的振幅越小.教師總結(jié)并板書驅(qū)動力的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.(5)演示：介紹實驗用具：兩個頻率相同的帶有共鳴箱的

9、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，學生描述產(chǎn)生的現(xiàn)象.可以聽到?jīng)]被敲響的音叉發(fā)出了聲音.在音叉的叉股上套上一個套管，重新做步驟，學生描述產(chǎn)生的現(xiàn)象.聽不到音叉B發(fā)出的聲音了.(6)學生閱讀課文，得到產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因音叉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.(7)學生回答

10、什么是聲音的共鳴?(聲音的共振現(xiàn)象叫共鳴)共鳴箱所起的作用是什么?使音叉的聲音加強.3.共振的應用和防止(1)學生閱讀課文，總結(jié)共振的應用和防止的實例.(2)學生回答：應用的實例：共振篩、音箱.防止的實例：火車過橋慢開，控制機器的轉(zhuǎn)速等.(3)多媒體展示幾個實例：應用的實例：a:小提琴、二胡等樂器設置共鳴箱.b:建筑工地上澆鑄混凝土時使用的振搗器.c:粒料分離時使用的共振篩.防止的實例：a:軍隊或火車過橋時要放慢速度或便步走.b: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.c:機器運轉(zhuǎn)時為了防止共振要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速.(4)學生通過上述實例分析，回答：利用共振時，應如何去做?(利用共振時，應使

11、驅(qū)動力的頻率接近或等于物體的固有頻率)防止共振時，應如何做?(在需要防止共振時，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.)三、鞏固訓練1.在張緊的水平繩上掛7個單擺，先讓D擺振動起來，其余各擺也隨之振動，已知A、D、G三擺的擺長相同，則下列判斷正確的是A.7個單擺的固有頻率都相同B.穩(wěn)定后7個單擺的振動頻率都相同C.除D擺外，A、G擺的振幅最大D.除D擺外，C、E擺的振幅最大2.下列哪些實例中要應用共振?哪些實例中要防止共振?A.跳水運動員從跳板后端走向前端的過程中B.跳水運動員做起跳動作的“顛板”過程C.輪船在風浪中行駛時D.制作小提琴的音箱時參考答案：1.BC 2.應用

12、共振的有：BD；防止共振的有：AC四、小結(jié)用實物投影儀進行小結(jié)：1.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；2.共振是受迫振動的特殊情況，共振是當驅(qū)動力的頻率等于物體固有頻率時，受迫振動的振幅最大的現(xiàn)象.3.共振在實際中的應用，往往是利用共振振幅大的特點，但有時也要防止發(fā)生共振，避免產(chǎn)生有害后果.五、作業(yè)“一”.課本P178練習七“二”.課外小實驗：P178的做一做“三”.思考題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?2.如圖所示，輕直桿O

13、C的中點懸掛一個彈簧振子，其固有頻率為2Hz，桿的O端有固定光滑軸，C端下邊由凸輪支持，凸輪繞其軸轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速為n，在n從O逐漸增大到5轉(zhuǎn)/秒的過程中，振子M的振幅變化情況將是_，當n=_轉(zhuǎn)/秒時振幅最大，若轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在5轉(zhuǎn)/秒，M的振動周期將是_.3.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?4.一人蕩秋千時腳站在踏板上，兩手握緊繩索，先使秋千做微小擺動，然后靠自己的腳踏將秋千蕩高，此人腳踏的正確要領是什么?5.如圖所示：輪船在大海中航行(圖中箭頭表示航行方向，遇到橫向大風引起的巨浪的沖擊而劇烈地左右搖擺，(圖中空心箭頭表示海浪沖擊的方向，實線表示海浪的波峰)為了避免輪船傾覆，應該采取以下哪種措施A.沿原方向加快速度航行B.沿原方向減小速度航行C.按原速率沿圖中“之”字形路線航行D.立即停止前進6.一只酒杯，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：1.90km/h；2.先增大后減小;2；0.2s3.洗衣機的固有頻率f小于甩干機的正常轉(zhuǎn)速n，關(guān)機后，驅(qū)動力頻率即甩干機轉(zhuǎn)速由n減為0的過程中總有某一時刻