受迫振動(dòng)共振1

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1、第五節(jié) 受迫振動(dòng) 共振 ●本節(jié)教材分析 本節(jié)從功能關(guān)系、動(dòng)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)等多角度來研究受迫振動(dòng)及其特例——共振現(xiàn)象. 在教學(xué)中應(yīng)該充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)的作用，使學(xué)生理解物體在做受迫振動(dòng)時(shí)其頻率跟驅(qū)動(dòng)力頻率的關(guān)系，以及受迫振動(dòng)的頻率與物體固有頻率接近時(shí)振動(dòng)的特點(diǎn). 另外，在本節(jié)的教學(xué)中應(yīng)注意多舉一些共振在實(shí)際中的應(yīng)用以及避免共振的做法，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力和習(xí)慣. ●教學(xué)目標(biāo) 一、知識(shí)目標(biāo) 1.知道什么是受迫振動(dòng)，知道受迫振動(dòng)的頻率等于驅(qū)動(dòng)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(yīng)用和防止的實(shí)例. 二、能力目標(biāo) 1.通過分析實(shí)際

2、例子，得到什么是受迫振動(dòng)和共振現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生聯(lián)系實(shí)際，提高觀察和分析能力. 2.了解共振在實(shí)際中的應(yīng)用和防止，提高理論聯(lián)系實(shí)際的能力. 三、德育目標(biāo) 1.通過共振的應(yīng)用和防止的教學(xué)，滲透一分為二的觀點(diǎn). 2.通過共振產(chǎn)生條件的教學(xué)，認(rèn)識(shí)內(nèi)因和外因的關(guān)系. ●教學(xué)重點(diǎn) 1.什么是受迫振動(dòng). 2.什么是共振及產(chǎn)生共振的條件. ●教學(xué)難點(diǎn) 1.物體發(fā)生共振決定于驅(qū)動(dòng)力的頻率與物體固有頻率的關(guān)系，與驅(qū)動(dòng)力大小無關(guān). 2.當(dāng)f驅(qū)＝ｆ固時(shí)，物體做受迫振動(dòng)的振幅最大. ●教學(xué)方法 1.實(shí)驗(yàn)演示，總結(jié)歸納得到什么是共振及受迫振動(dòng)的頻率決定于驅(qū)動(dòng)力的頻率. 2

3、.多媒體演示、舉例，了解共振的應(yīng)用和防止.3.學(xué)生討論，認(rèn)識(shí)共振曲線的物理意義. ●教學(xué)用具 自制投影片、CAI課件、受迫振動(dòng)演示儀共振演示儀、兩個(gè)相同的帶有共鳴箱的音叉、小槌. ●教學(xué)過程 用投影片出示本節(jié)課的學(xué)習(xí)目標(biāo)： 1.知道什么叫驅(qū)動(dòng)力，什么叫受迫振動(dòng)，能舉出受迫振動(dòng)的實(shí)例. 2.知道受迫振動(dòng)的頻率等于驅(qū)動(dòng)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(yīng)用和防止. 學(xué)習(xí)目標(biāo)完成過程： 一、導(dǎo)入新課 1.什么是阻尼振動(dòng)? 學(xué)生答： 實(shí)際的振動(dòng)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(jī)

4、械能損耗，導(dǎo)致振動(dòng)完全停止，這類振動(dòng)叫阻尼振動(dòng). 2.引入：同學(xué)們，我們知道，物體之所以做阻尼振動(dòng)，是由于機(jī)械能在損耗，那么如果在機(jī)械能損耗的同時(shí)我們不斷地給它補(bǔ)充能量物體的振動(dòng)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(xué) 1.受迫振動(dòng) (1)演示，用用圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置 ①向下拉一下振子，觀察它的振動(dòng)情況. ②學(xué)生答：振子做的是阻尼振動(dòng). ③請(qǐng)一位同學(xué)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)把手，觀察振動(dòng)物體的振動(dòng)情形和剛才有什么不同? 學(xué)生答：剛才振子振動(dòng)一會(huì)就停下來，而現(xiàn)在振子能夠持續(xù)地振動(dòng)下去. 教師問：使振子能夠持續(xù)振動(dòng)下去的原因是什么? 學(xué)生答：是把手給

5、了振動(dòng)系統(tǒng)一個(gè)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 ①作用于振動(dòng)系統(tǒng)，使系統(tǒng)能持續(xù)地振動(dòng)下去的外力叫驅(qū)動(dòng)力. ②物體在外界驅(qū)動(dòng)力作用下所做的振動(dòng)叫受迫振動(dòng). (3)教師問：如果我們給系統(tǒng)施加一作用時(shí)間很短的驅(qū)動(dòng)力，系統(tǒng)能持續(xù)地振動(dòng)下去嗎? 學(xué)生討論后得到 要想使物體能持續(xù)地振動(dòng)下去，必須給振動(dòng)系統(tǒng)施加一個(gè)周期性的驅(qū)動(dòng)力作用. (4)同學(xué)們想一想：有哪些物體做的是受迫振動(dòng)? 學(xué)生答：發(fā)動(dòng)機(jī)正在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)汽車本身的振動(dòng)；正在發(fā)聲的揚(yáng)聲器紙盒的振動(dòng)；飛機(jī)從房屋上飛過時(shí)窗玻璃的振動(dòng)；我們聽到聲音時(shí)耳膜的振動(dòng)等. 教師對(duì)學(xué)生進(jìn)行激勵(lì)評(píng)價(jià)，提醒學(xué)生要注

6、意多觀察生活，并把學(xué)到的物理知識(shí)聯(lián)系實(shí)際加以應(yīng)用. (5)多媒體展示幾個(gè)受迫振動(dòng)的實(shí)例 ①電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的振針； ②工作時(shí)縫紉機(jī)的振針； ③揚(yáng)聲器的紙盒； ④跳水比賽時(shí)，人在跳板上走過時(shí)，跳板的振動(dòng)； ⑤機(jī)器底座在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生的振動(dòng). (6)教師講：通過剛才的學(xué)習(xí)，我們知道物體在周期性的驅(qū)動(dòng)力作用下所做的振動(dòng)叫受迫振動(dòng)；那么周期性作用的驅(qū)動(dòng)力的頻率、受迫振動(dòng)的頻率、系統(tǒng)的固有頻率之間有什么關(guān)系呢? ①還以圖1中的裝置進(jìn)行如下演示： 用不同的轉(zhuǎn)速分別勻速地轉(zhuǎn)動(dòng)把手，觀察振子的振動(dòng)快慢情況. ②學(xué)生敘述觀察到的現(xiàn)象： 當(dāng)把手轉(zhuǎn)速小時(shí)，振子振動(dòng)較慢；

7、當(dāng)把手轉(zhuǎn)速大時(shí)，振子振動(dòng)較快. ③定性總結(jié)：物體做受迫振動(dòng)時(shí)，振子振動(dòng)的快慢隨驅(qū)動(dòng)力變化的快慢而變化. (7)教師：經(jīng)過定量實(shí)驗(yàn)證明 ①物體做受迫振動(dòng)時(shí)，振動(dòng)穩(wěn)定后的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率. ②受迫振動(dòng)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(dòng)的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，與物體的固有頻率無關(guān)，但是如果驅(qū)動(dòng)圖2 力的頻率接近或等于物體的固有頻率時(shí)又會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象呢? (1)演示實(shí)驗(yàn)(二) ①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(gè)擺，其中A、B、C的擺長相等. ②演示：先讓A擺擺動(dòng)，觀察在擺動(dòng)穩(wěn)定后的現(xiàn)象. ③學(xué)生描述看

8、到的現(xiàn)象. A擺動(dòng)起來后，B、C、D、E也隨之?dāng)[動(dòng)，但是它們 擺動(dòng)的振幅不同，A、B、C擺動(dòng)的振幅差不多，而D擺動(dòng)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(dòng)?若是受迫振動(dòng)，驅(qū)動(dòng)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(xué)生討論后回答 ①據(jù)和得到，A、B、C三擺的固有頻率相同. ②B、C、D、E做的是受迫振動(dòng)，它們的驅(qū)動(dòng)力都是由先擺起來的A擺提供的. ③據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象得到：驅(qū)動(dòng)力的頻率f ′等于振動(dòng)物體的固有頻率f ′時(shí)，振幅最大，驅(qū)動(dòng)力的頻率跟固有頻率

9、f ′相差越大，振幅越小. (4)教師講：通過上述實(shí)驗(yàn)，我們得到：受迫振動(dòng)的振幅A與驅(qū)動(dòng)力的f及振動(dòng)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(gè)圖象叫共振曲線. ①用多媒體出示共振曲線 a:學(xué)生敘述坐標(biāo)軸代表的物理量. 縱軸：表示受迫振動(dòng)的振幅. 橫軸：表示驅(qū)動(dòng)力的頻率. b:據(jù)圖象特點(diǎn)，學(xué)生敘述受迫振動(dòng)的振幅、驅(qū)動(dòng)力的頻率、物體的固有頻率之間的關(guān)系. 當(dāng)驅(qū)動(dòng)力頻率等于物體固有頻率時(shí)，物體振幅最大，驅(qū)動(dòng)力頻率與固有頻率相差越大，物體的振幅越小. ②教師總結(jié)并板書 驅(qū)動(dòng)力的頻率接近物體的固有頻率時(shí)，受迫振動(dòng)的振幅最大，這種現(xiàn)象叫做共振.

10、 (5)演示： ①介紹實(shí)驗(yàn)用具：兩個(gè)頻率相同的帶有共鳴箱的音叉，放在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上. ②先用小槌打擊音叉A的叉股，使它發(fā)聲，過一會(huì)兒，用手按住音叉A的叉股，使A停止發(fā)聲，學(xué)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. ③在音叉的叉股上套上一個(gè)套管，重新做步驟②，學(xué)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(xué)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(shí)發(fā)生振動(dòng)，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(dòng)力. ①第一次實(shí)驗(yàn)時(shí)，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. ②第二次

11、實(shí)驗(yàn)時(shí)，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(shí)B不能產(chǎn)生共振，發(fā)出的聲音很小，甚至聽不到. (7)學(xué)生回答 ①什么是聲音的共鳴?——(聲音的共振現(xiàn)象叫共鳴) ②共鳴箱所起的作用是什么?——使音叉的聲音加強(qiáng). 3.共振的應(yīng)用和防止 (1)學(xué)生閱讀課文，總結(jié)共振的應(yīng)用和防止的實(shí)例. (2)學(xué)生回答： 應(yīng)用的實(shí)例：共振篩、音箱. 防止的實(shí)例：火車過橋慢開，控制機(jī)器的轉(zhuǎn)速等. (3)多媒體展示幾個(gè)實(shí)例： ①應(yīng)用的實(shí)例： a:小提琴、二胡等樂器設(shè)置共鳴箱. b:建筑工地上澆鑄混凝土?xí)r使用的振搗器. c:粒料分離時(shí)使用的共振篩.

12、②防止的實(shí)例： a:軍隊(duì)或火車過橋時(shí)要放慢速度或便步走. b:輪船航行時(shí)要看波浪的打擊方向而改變輪船的航向和速度. c:機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)為了防止共振要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速. (4)學(xué)生通過上述實(shí)例分析，回答： ①利用共振時(shí)，應(yīng)如何去做?——(利用共振時(shí)，應(yīng)使驅(qū)動(dòng)力的頻率接近或等于物體的固有頻率) ②防止共振時(shí)，應(yīng)如何做?——(在需要防止共振時(shí)，應(yīng)使驅(qū)動(dòng)力的頻率與振動(dòng)物體的固有頻率不同，而且相差越大越好.) 三、鞏固訓(xùn)練 1.在張緊的水平繩上掛7個(gè)單擺，先讓D擺振動(dòng)起來，其余各擺也隨之振動(dòng)，已知A、D、G三擺的擺長相同，則下列判斷正確的是 A.7個(gè)單擺的固有頻率都相同 B.

13、穩(wěn)定后7個(gè)單擺的振動(dòng)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(shí)例中要應(yīng)用共振?哪些實(shí)例中要防止共振? A.跳水運(yùn)動(dòng)員從跳板后端走向前端的過程中 B.跳水運(yùn)動(dòng)員做起跳動(dòng)作的“顛板”過程 C.輪船在風(fēng)浪中行駛時(shí) D.制作小提琴的音箱時(shí) 參考答案： 1.BC 2.應(yīng)用共振的有：BD；防止共振的有：AC 四、小結(jié) 用實(shí)物投影儀進(jìn)行小結(jié)： 1.物體在外界驅(qū)動(dòng)力作用下所做的振動(dòng)叫受迫振動(dòng).受迫振動(dòng)的頻率取決于驅(qū)動(dòng)力的頻率； 2.共振是受迫振動(dòng)的特殊情況，共振是當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率等于物體固有頻率時(shí)，受迫振動(dòng)的振幅最大的

14、現(xiàn)象. 3.共振在實(shí)際中的應(yīng)用，往往是利用共振振幅大的特點(diǎn)，但有時(shí)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(xí)七①② “二”.課外小實(shí)驗(yàn)：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(dòng)的固有頻率是2Hz，當(dāng)火車行駛速度是多少km/h時(shí)，杯中水的晃動(dòng)最厲害? 2.如圖所示，輕直桿OC的中點(diǎn)懸掛一個(gè)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(dòng)，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(dāng)

15、n=_____轉(zhuǎn)/秒時(shí)振幅最大，若轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在5轉(zhuǎn)/秒，M的振動(dòng)周期將是______.3.家用洗衣機(jī)的甩干機(jī)關(guān)閉后轉(zhuǎn)速逐漸減小為零的過程中，會(huì)發(fā)現(xiàn)有一小段時(shí)間洗衣機(jī)抖動(dòng)得最厲害.這一現(xiàn)象應(yīng)如何解釋? 4.一人蕩秋千時(shí)腳站在踏板上，兩手握緊繩索，先使秋千做微小擺動(dòng)，然后靠自己的腳踏將秋千蕩高，此人腳踏的正確要領(lǐng)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(fēng)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(shí)線表示海浪的波峰)為了避免輪船傾覆，應(yīng)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

16、中“之”字形路線航行 D.立即停止前進(jìn) 6.一只酒杯，用手指彈一下發(fā)出清脆的聲音，測得其振動(dòng)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(shí)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；0.2s 3.洗衣機(jī)的固有頻率f０小于甩干機(jī)的正常轉(zhuǎn)速n，關(guān)機(jī)后，驅(qū)動(dòng)力頻率即甩干機(jī)轉(zhuǎn)速由n減為0的過程中總有某一時(shí)刻等于f０，于是發(fā)生共振，使洗衣機(jī)抖動(dòng)最厲害. 4.秋千向著平衡位置運(yùn)動(dòng)時(shí)逐漸蹲下，秋千遠(yuǎn)離平衡位置時(shí)慢慢站起. 5.C 6.共振；300 六、板書設(shè)計(jì) 受

17、迫振動(dòng) 1.物體在周期性驅(qū)動(dòng)力作用下的振動(dòng)； 2.特點(diǎn)：穩(wěn)定后，物體的振動(dòng)頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，跟物體的固有頻率無關(guān). 共振 1.在受迫振動(dòng)下，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率跟物體的固有頻率相等時(shí)，振幅最大，這種現(xiàn)象叫共振. 2.條件：f驅(qū)＝ｆ固 現(xiàn)象：振幅最大 3.利用共振需使ｆ驅(qū)靠近或等于f固；要避免共振需使f驅(qū)遠(yuǎn)離f固. 七、素質(zhì)能力訓(xùn)練 1.如圖所示，A球振動(dòng)后，通過水平細(xì)繩迫使B、C振動(dòng)，下面說法中，正確的是 A.只有A球、C球振動(dòng)周期相等 B.A球的振幅比B球小 C.C球的振幅比B球的振幅大 D.A球、B球、C球的振

18、動(dòng)周期相等 2.火車在鐵軌上行駛時(shí)，每經(jīng)鐵軌連接處便迫使車廂在彈簧上發(fā)生上下振動(dòng)，如果彈簧受到每噸的壓力將壓縮20毫米，車廂下每個(gè)彈簧的實(shí)際負(fù)荷為5噸，火車在行駛時(shí)，車速的最大值為多少?(鐵軌每段長為12.5m) 3.如圖所示，兩個(gè)質(zhì)量分別為M和m的小球懸掛在同一根細(xì)繩上，先讓M擺動(dòng)，經(jīng)一段時(shí)間系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定后，下面說法中正確的是 A.無論M和m的大小關(guān)系如何，m和M的周期都相等 B.無論m和M的關(guān)系如何，當(dāng)兩個(gè)擺的擺長相等時(shí)，m擺的振 幅最大 C.懸掛M的細(xì)繩長度變化時(shí)，m擺的振幅也發(fā)生變化 D.當(dāng)兩個(gè)擺長相等時(shí)，m擺的振幅可以超過M擺的振幅 4.A、B兩彈

19、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(dòng)力作用下做受迫振動(dòng)，則 A.振子A的振幅較大，振動(dòng)頻率為f B.振子B的振幅較大，振動(dòng)頻率為3f C.振子A的振幅較大，振動(dòng)頻率為3f D.振子B的振幅較大，振動(dòng)頻率為4f 5.如圖所示演示裝置，一根張緊的水平繩上掛著五個(gè)單擺，讓A擺擺動(dòng)，其余各擺也擺動(dòng)起來，可以發(fā)現(xiàn) A.各擺擺動(dòng)的周期均與A擺相同 B.B擺擺動(dòng)周期最短 C.C擺擺動(dòng)周期最長 D.C擺振幅最大 6.某振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率f1，該振動(dòng)系統(tǒng)在頻率為f2的驅(qū)動(dòng)力作用下做受迫振動(dòng)，系統(tǒng)的振動(dòng)頻率為 A.f１ B.f2 C.f1+

20、f2 D.(f１+f2)/2 7.下列說法中正確的是 A.實(shí)際的自由振動(dòng)必然是阻尼振動(dòng) B.在外力作用下的振動(dòng)是受迫振動(dòng) C.阻尼振動(dòng)的振幅越來越小 D.受迫振動(dòng)穩(wěn)定后的頻率與自身物理?xiàng)l件無關(guān) 8.如圖所示，在張緊的繩上掛了a、b、c、d四個(gè)單擺，四個(gè)單擺的擺長關(guān)系為lｃ＞ｌｂ＝ｌｄ＞ｌａ，先讓d擺擺動(dòng)起來(擺角不超過5°)，則下列說法正確的是 A.b擺發(fā)生擺動(dòng)，其余擺均不動(dòng) B.所有擺均以相同頻率振動(dòng) C.所有擺均以相同擺角擺動(dòng) D.以上說法均不正確 9.如圖所示是物體受迫振動(dòng)的共振曲線，其縱坐標(biāo)表示了物體 A.在不同時(shí)刻的振幅 B.在不同時(shí)刻的

21、位移 C.在不同策動(dòng)力下的振幅 D.在不同策動(dòng)力下的位移 10.一平臺(tái)沿豎直方向做簡諧運(yùn)動(dòng)，一物體置于振動(dòng)的平臺(tái)上隨臺(tái)一起運(yùn)動(dòng)，當(dāng)振動(dòng)平臺(tái)處于什么位置時(shí)，物體對(duì)臺(tái)面的正壓力最大 A.當(dāng)振動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí) B.當(dāng)振動(dòng)平臺(tái)向下運(yùn)動(dòng)過振動(dòng)中心點(diǎn)時(shí) C.當(dāng)振動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí) D.當(dāng)振動(dòng)平臺(tái)向上運(yùn)動(dòng)過振動(dòng)中心點(diǎn)時(shí) 11.如圖為一單擺的共振曲線，則該單擺的擺長約為多少?共振時(shí)單擺的振幅多大?共振 時(shí)擺球的最大加速度和最大速度大小各為多少? 參考答案： 1.CD 2.為使車廂避免共振現(xiàn)象發(fā)生，行駛車速不能等于19.9m/s  3.ABCD 4.B 5.A 6.Ｂ 7.ACD 8.B 9.C 10.C 11.擺長：l=1 m；共振時(shí)的振幅為A=8 cm；共振時(shí)的最大加速度為0.08m/s2，最大速度為0.28 m/s.