受迫振動共振1

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1、第五節(jié) 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(xué)、運動學(xué)等多角度來研究受迫振動及其特例——共振現(xiàn)象. 在教學(xué)中應(yīng)該充分發(fā)揮實驗的作用，使學(xué)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(xué)中應(yīng)注意多舉一些共振在實際中的應(yīng)用以及避免共振的做法，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力和習(xí)慣. ●教學(xué)目標(biāo) 一、知識目標(biāo) 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(yīng)用和防止的實例. 二、能力目標(biāo) 1.通過分析實際

2、例子，得到什么是受迫振動和共振現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生聯(lián)系實際，提高觀察和分析能力. 2.了解共振在實際中的應(yīng)用和防止，提高理論聯(lián)系實際的能力. 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. 2.通過共振產(chǎn)生條件的教學(xué)，認(rèn)識內(nèi)因和外因的關(guān)系. ●教學(xué)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(xué)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(dāng)f驅(qū)＝ｆ固時，物體做受迫振動的振幅最大. ●教學(xué)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

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、受迫振動演示儀共振演示儀、兩個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(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? 學(xué)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

4、械能損耗，導(dǎo)致振動完全停止，這類振動叫阻尼振動. 2.引入：同學(xué)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(xué) 1.受迫振動 (1)演示，用用圖1所示的實驗裝置 ①向下拉一下振子，觀察它的振動情況. ②學(xué)生答：振子做的是阻尼振動. ③請一位同學(xué)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(xué)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(xué)生答：是把手給

5、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 ①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. ②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(xué)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)施加一個周期性的驅(qū)動力作用. (4)同學(xué)們想一想：有哪些物體做的是受迫振動? 學(xué)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(xué)生進行激勵評價，提醒學(xué)生要注

6、意多觀察生活，并把學(xué)到的物理知識聯(lián)系實際加以應(yīng)用. (5)多媒體展示幾個受迫振動的實例 ①電磁打點計時器的振針； ②工作時縫紉機的振針； ③揚聲器的紙盒； ④跳水比賽時，人在跳板上走過時，跳板的振動； ⑤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(xué)習(xí)，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? ①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. ②學(xué)生敘述觀察到的現(xiàn)象： 當(dāng)把手轉(zhuǎn)速小時，振子振動較慢；

7、當(dāng)把手轉(zhuǎn)速大時，振子振動較快. ③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 ①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. ②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) ①介紹圖2所示的共振演示儀 在一根張緊的繩子ab上掛了幾個擺，其中A、B、C的擺長相等. ②演示：先讓A擺擺動，觀察在擺動穩(wěn)定后的現(xiàn)象. ③學(xué)生描述看

8、到的現(xiàn)象. A擺動起來后，B、C、D、E也隨之?dāng)[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(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，它們的驅(qū)動力都是由先擺起來的A擺提供的. ③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)動力的頻率跟固有頻率

9、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. 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：表示受迫振動的振幅. 橫軸：表示驅(qū)動力的頻率. b:據(jù)圖象特點，學(xué)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(dāng)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. ②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.

10、 (5)演示： ①介紹實驗用具：兩個頻率相同的帶有共鳴箱的音叉，放在實驗臺上. ②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(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. ①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. ②第二次

11、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(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. 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)用和防止的實例. (2)學(xué)生回答： 應(yīng)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： ①應(yīng)用的實例： 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:粒料分離時使用的共振篩.

12、②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(xué)生通過上述實例分析，回答： ①利用共振時，應(yīng)如何去做?——(利用共振時，應(yīng)使驅(qū)動力的頻率接近或等于物體的固有頻率) ②防止共振時，應(yīng)如何做?——(在需要防止共振時，應(yīng)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(xùn)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.

13、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(yīng)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(fēng)浪中行駛時 D.制作小提琴的音箱時 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(dāng)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

14、現(xiàn)象. 3.共振在實際中的應(yīng)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(xí)七①② “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(dāng)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OC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(dāng)

15、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(yīng)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(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 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；0.2s 3.洗衣機的固有頻率f０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等于f０，于是發(fā)生共振，使洗衣機抖動最厲害. 4.秋千向著平衡位置運動時逐漸蹲下，秋千遠離平衡位置時慢慢站起. 5.C 6.共振；300 六、板書設(shè)計 受

17、迫振動 1.物體在周期性驅(qū)動力作用下的振動； 2.特點：穩(wěn)定后，物體的振動頻率等于驅(qū)動力的頻率，跟物體的固有頻率無關(guān). 共振 1.在受迫振動下，當(dāng)驅(qū)動力的頻率跟物體的固有頻率相等時，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)遠離f固. 七、素質(zhì)能力訓(xùn)練 1.如圖所示，A球振動后，通過水平細(xì)繩迫使B、C振動，下面說法中，正確的是 A.只有A球、C球振動周期相等 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、動周期相等 2.火車在鐵軌上行駛時，每經(jīng)鐵軌連接處便迫使車廂在彈簧上發(fā)生上下振動，如果彈簧受到每噸的壓力將壓縮20毫米，車廂下每個彈簧的實際負(fù)荷為5噸，火車在行駛時，車速的最大值為多少?(鐵軌每段長為12.5m) 3.如圖所示，兩個質(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，經(jīng)一段時間系統(tǒng)達到穩(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)兩個擺的擺長相等時，m擺的振 幅最大 C.懸掛M的細(xì)繩長度變化時，m擺的振幅也發(fā)生變化 D.當(dāng)兩個擺長相等時，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)動力作用下做受迫振動，則 A.振子A的振幅較大，振動頻率為f B.振子B的振幅較大，振動頻率為3f C.振子A的振幅較大，振動頻率為3f D.振子B的振幅較大，振動頻率為4f 5.如圖所示演示裝置，一根張緊的水平繩上掛著五個單擺，讓A擺擺動，其余各擺也擺動起來，可以發(fā)現(xiàn) A.各擺擺動的周期均與A擺相同 B.B擺擺動周期最短 C.C擺擺動周期最長 D.C擺振幅最大 6.某振動系統(tǒng)的固有頻率f1，該振動系統(tǒng)在頻率為f2的驅(qū)動力作用下做受迫振動，系統(tǒng)的振動頻率為 A.f１ B.f2 C.f1+

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

21、位移 C.在不同策動力下的振幅 D.在不同策動力下的位移 10.一平臺沿豎直方向做簡諧運動，一物體置于振動的平臺上隨臺一起運動，當(dāng)振動平臺處于什么位置時，物體對臺面的正壓力最大 A.當(dāng)振動平臺運動到最高點時 B.當(dāng)振動平臺向下運動過振動中心點時 C.當(dāng)振動平臺運動到最低點時 D.當(dāng)振動平臺向上運動過振動中心點時 11.如圖為一單擺的共振曲線，則該單擺的擺長約為多少?共振時單擺的振幅多大?共振 時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；共振時的振幅為A=8 cm；共振時的最大加速度為0.08m/s2，最大速度為0.28 m/s.