高二物理选修3-4 受迫振动 共振

高二物理选修3-4 受迫振动共振

【教学目标】

一、知识与技能

1、掌握阻尼振动的概念，知道阻尼振动中的能量转化的情况；

2、知道在什么情况下可以把实际的振动看作简谐运动；

3、知道受迫振动和共振的概念；特点以及它们的区别和共同点；

4、知道受迫振动的频率等于驱动力的频率；与固有频率不同；

5、知道发生共振的条件；知道共振的应用和防止的实例。

二、过程与方法

1、通过再现实际振动情景，让学生知道实际的振动一般是阻尼振动

2、通过实际演示，总结归纳得到受迫振动的频率决定于驱动力的频率；

3、通过演示、举例，了解什么是共振, 并大致画出共振曲线，认识共振曲线的物理意义。

4、了解共振的应用和防止。

三、情感态度与价值观

1、培养学生善于观察与思考的学习习惯。

2、通过受迫振动的频率由驱动力的频率决定，认识内因和外因的关系。通

过共振的应用和防止的教学，渗透一分为二的观点；

3、懂得进行物理实验是学习与掌握物理知识的主要途经。

【教学重点、难点】

1、重点：受迫振动的概念；共振的概念及产生共振的条件。

2．难点：受迫振动的频率由驱动力的频率决定；当f驱=f固时，物体受迫振动的振幅最大。

【教学用具】

CAI课件、受迫振动演示仪、共振演示仪、两个相同的带有共鸣箱的音叉、小槌。

【教学过程】

一、创设情境，了解受迫振动

我们刚刚学过了弹簧振子和单摆。在忽略到它们所受的空气阻力和摩擦力时，系统的机械能守恒，它们会以不变的振幅永不停息地振动下去。这种振动我们称为等幅振动。

但是实际情况下这两种振子在振动过程中，肯定是要受到空气阻力的作用，

因此它们的振幅会越来越小，最后静止振动。这类振动我们称为阻尼振动。

提问：是不是所有的振动，只要有空气阻力存在，它们的振动都会越来越慢，最终停止的呢？（稍作停顿，让学生思考）

通过两个实例来帮助学生思考：

事例一：机械钟摆在摆动过程中，虽然受空气阻力，但是我们只要定期给这座

钟上发条，它会不会停下来？

事例二：如果一个人坐在秋千上玩，那秋千荡了一会就会停下来，那是因为秋

千在荡的过程中要受到空气阻力的作用。但如果旁边有一个人帮助推一下，只要他不停的推一下，那秋千摆动就不会停下来。

一般情况下，在空气中的振动最终都要停下来，但如果定期给它一个动力，用来补偿空气阻力所造成的能量损失，这个振动就可以一直维持下去。这种周期性的外力就叫做驱动力；这种情况下振子的振动已非己愿，它是被迫振动，所以物体在驱动力作用下的振动就称之为受迫振动。 (5)

⑤机器底座在机器运转时发生的振动

.

二、进一步认识受迫振动

通过刚才的学习，我们知道物体在周期性的驱动力作用下所做的振动叫受迫振动；那么做受迫振动的物体还是不是按自身的固有频率振动的呢？

受迫振动实验：介绍实验装置，先让振子做自由振动，说明振子做自由振动时周期与振幅无关，振子的频率或周期是振子的本身的属性，所以他们的频率或周期称之为固有频率或固有周期。

说明摇柄的作用，再摇动摇柄，让学生注意观察摇柄的节奏和下面所挂弹簧振子的振动关系。从而定性说明摇得越快，下面的弹簧振子振动得也越快。

同学们可以这样想：如果我用手握住下面所挂的勾码，让勾码振动起来，那是不是要它快就快，要慢就慢呢？这时振子的振动频率就和我的手的频率或周期保持一致。

能够从这个实验中得出什么结论？

总结：物体做受迫振动时，振动稳定后的频率等于驱动力的频率，与物体的固有频率无关。

三、共振

物体做受迫振动时，振动稳定后的频率等于驱动力的频率。那是不是物体做受迫振动时，固有频率对振动是否毫无影响呢？

下面我们来看一实验：

实验一：把D 拉离平衡位置,放手后使其在竖直面内摆动.

实验二：把A 拉离平衡位置,放手后使其在竖直面内摆动.

实验三：把E 拉离平衡位置,放手后使其在竖直面内摆动.

学生观察实验后回答下列问题：

1.描述实验一看到的现象．

2.描述实验二所观察到的现象．

3.描述实验三所观察到的现象．

4.五个小球的固有频率有何关系?

5.三个实验中小球都做什么运动?

6.从三个实验中你得到什么结论?

学生观察、讨论后得出结论．

1.从实验一可以看到：D 球开始摆动后.其余小球跟着开始摆动.A 、B 、C 三球的振幅比E 球的振幅大(看偏角)．但A 、B 、C 、E 四球的频率与D 球相同．

2.从实验二中可以看到：A 球开始摆动后,其余小球跟着开始摆动,B 、C 两球的振幅比D 、E 两球大．B 、C 两球振幅差别不明显.D 、E 两球振幅的差别也不明显.但B 、C 、D 、E 四球的频率与A 球相同．

3.从实验三中可以看到：E 球开始振动后其余小球跟着开始振动，A 、B 、C 三球振幅差别不大.但都大于D 球，同时A 、B 、C 、D 四球振动的频率与E 球相同．

4.五个小球若单独运动时都可看作单摆,由单摆周期公式g l T π

2= 可知;

T D >T A =T B =T C >T E .即:f E >f A =f B =f C >f D

5.在上述三个实验中除开始振动的小球外，其余小球都做受迫振动，其驱动力来源于开始摆动的小球施加在横线上的力．

6.从上述三个实验可知：

物体做受迫运动时其振幅和本身固有频率与驱动力的频率有关．①当驱动力频率与固有；频率相差较大时、振幅较小，②当驱动力的频率与固有频率相差较小时，振幅较大；③当驱动力的频率与固有频率相等时,振幅最大．

我们把受迫振动的这种现象叫共振．

(2)发生共振的条件是：驱动力的频率接近或等于物体的固有频率．

四、共振曲线

对于受迫振动的振幅A与驱动力频率的关系也可用图象表示。可看

出：当驱动力从小慢慢接近物体的固有频率，然后再超过物体

的固有频率再变大的过程中，物体的振幅的变化情况。

生活也有共振的例子：洗衣机甩水桶工作后停下的过程有共振。

声音也是由振动引起的，因而声音也能发生共振，声音的共振叫共鸣。

做音叉共鸣实验，并请同学们讨论下面问题：

B音叉与A音叉发生共振时，其驱动力来源于哪儿?

回答：A叉股振动后,推动周围空气发生振动,当振动后,就会周期性地对B 音叉的叉股施加驱动力,使B音叉的叉股发生振动,产生声音。

五．共振现象的应用和防止：

共振现象有许多应用，但也会造成危害。请学生阅读课文，回答下列问题：

1.应用共振的实例有那些？

①乐器的共鸣箱．②测量机器转速．③共振筛．等

2.防止共振的实例有那些？

①过桥B音叉周围空气开始时要走便步．②轮船在有波浪的海面行驶时。改变航向来避免共振发生．

③机器运转时为防止共振而调整转速．

深入探究：

1.应用共振的物理原理是什么?

2.防止共振的物理原理是什么?

学生讨论后回答：

1.应用共振时应使驱动力的频率尽量靠近物体的固有频率．