受迫振动与共振教学设计

1.5 受迫振动与共振

【教学目标】

(一)知识目标

1.知道什么叫驱动力，什么叫受迫振动，能举出受迫振动的实例；

2.知道受迫振动的频率等于驱动力的频率，跟物体的固有频率无关；

3.知道什么是共振以及发生共振的条件；

4.知道共振的应用和防止的实例。

（二）能力目标

1.通过分析实际例子，得到什么是受迫振动和共振现象，培养学生联系实际，提高观察和分析能力；

2.了解共振在实际中的应用和防止，提高理论联系实际的能力。

（三）德育目标

1.通过共振的应用和防止的教学，渗透一分为二的观点；

2.通过共振产生条件的教学，认识内因和外因的关系。

【教学重点】

1.受迫振动概念的建立；

2.什么是共振及产生共振的条件。

【教学难点】

1.物体发生共振决定于驱动力的频率与物体固有频率的关系，与驱动力大小无关；

2.当f＝f＇时，物体做受迫振动的振幅最大。

【教学方法】

实验演示、总结归纳与多媒体教学相结合

【教具准备】

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、橡皮槌、CAI课件

【教学过程】

（一）导入新课

实际的振动系统不可避免地要受到摩擦阻力和其他因素的影响，系统的机械能损耗，导致振动完全停止，这类振动叫阻尼振动。物体之所以做阻尼振动，是由于机械能在损耗，那么如果在机械能损耗的同时我们不断地给振动系统补充能量，物体的振动情形又如何呢?本节课我们来学习这一问题。

（二）新课教学

1、受迫振动

演示：用如图所示的实验装置，向下拉一下振子，观察它

的振动情况。

现象：振子做的是阻尼振动，振动一段时间后停止振动。

演示：请一位同学匀速转动把手，观察振动物体的振动情

况。

现象：现在振子能够持续地振动下去。

分析：使振子能够持续振动下去的原因，是把手给了振动

系统一个周期性的外力的作用，外力结系统做功，补偿系统的

能量损耗。

(1)驱动力：使系统持续地振动下去的外力，叫驱动力。

(2)受迫振动：物体在外界驱动力作用下所做的振动叫受迫振动。

要想使物体能持续地振动下去，必须给振动系统施加一个周期性的驱动力作用。

受迫振动实例：发动机正在运转时汽车本身的振动；正在发声的扬声器纸盒的振动；飞机从房屋上飞过时窗玻璃的振动；我们听到声音时耳膜的振动等。

(多媒体展示几个受迫振动的实例)

①电磁打点计时器的振针；②工作时缝纫机的振针；③扬声器的纸盒；④跳水比赛时，人在跳板上走过时，跳板的振动；⑤机器底座在机器运转时发生的振动。

(3)受迫振动的特点

做简谐运动的弹簧振子和单摆在振动时，按振动系统的固有周期和固有频率振动。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；那么周期性作用的驱动力的频率、受迫振动的频率、系统的固有

频率之间有什么关系呢?

演示：用前面的装置实验。用不同的转速匀速地转动把手，观察振子的振动快慢情况。

现象：当把手转速小时，振子振动较慢；当把手转速大时，振子振动较快。物体做受迫振动时，振动物体振动的快慢随驱动力的周期而变化。

总结：①物体做受迫振动时，振动稳定后的频率等于驱动力的频率；②受迫振动的频率跟物体的固有频率没有关系。2、共振

(1)共振摆实验

受迫振动的频率等于驱动力的频率，与物体的固有频率无关，但是如果驱动力的频率接近或等于物体的固有频率时又会发生什么现象呢?

演示：(共振演示仪)在一根张紧的绳上挂了几个摆，其中A 、B 、C 的摆长相等。先让A 摆摆动，观察在摆动稳定后的现象。

现象：A 摆动起来后，B 、C 、D 、E 也随之摆动，但是它们摆动的振幅不同，

A 、

B 、

C 摆动的振幅差不多，而

D 摆动的振幅最小。

分析：A 、B 、C 摆长相同，据L T 2g 和1f T

得到，A 、B 、C 三摆的固有频率相同。D 摆的摆长与A 摆相差最多，两者的固有频率相差最大。A 摆振动后通过张紧的绳子给其它各摆施加驱动力，使B 、C 、D 、E 各摆做受迫振动，它们振动的频率都等于A 摆的固有频率。

结论：驱动力的频率f 等于振动物体的固有频率f ′时，振幅最大；驱动力的频率f 跟固有频率f ′相差越大，振幅越小。

(2)共振

驱动力频率接近物体的固有频率时，受迫振动的振幅最大，这种现象叫做共振。

(3)发生共振的条件

A B C D E

驱动力频率与物体的固有频率相等或接近。

(4)共振曲线

通过上述实验我们知道，受迫振动的振幅A与

驱动力的频率f及振动物体的固有频率f＇之间的关

系有关，它们之间的这种关系可用图象来表示，这

个图象叫共振曲线，如下图：

纵轴：表示受迫振动的振幅。

横轴：表示驱动力的频率。

特点：当驱动力频率等于物体固有频率时，物

体振动的振幅最大；驱动力频率与固有频率相差越

大，物体的振幅越小。

3、声音的共鸣

演示：两个频率相同的带有共鸣箱的音叉，放在实验台上。先用小槌打击音叉A的叉股，使它发声，过一会儿，用手按住音叉A的叉股，使A停止发声，观察发生的现象。

现象：可以听到没被敲打的音叉B发出了声音。

演示：在其中的一只音叉的叉股上套上一个套管，重新做上面的实验，观察发生的现象。

现象：音叉B下再发出声音了。

分析：音叉A的叉股被敲时发生振动，在空气中激起声波，声波传到音叉B，给音叉B以周期性的驱动力。第一次实验时，A、B的固有频率相同，符合产生共振的条件，于是B的振幅最大，就可以听到B发出的声音；第二次实验时，由于给B的音叉套上了套管，使A、B的固有频率不再相同，此时B不能产生共振，发出的声音很小，甚至听不到。

声音的共振现象叫共鸣。

共鸣箱所起的作用是使音叉的声音加强。

4、共振的应用和防止

(1)利用共振时，应使驱动力的频率接近或等于物体的固有频率

共振现象有许多应用。把一些不同长度的钢片装在同一个支架上，可用来制成测量发动机转速的转速计。使转速计与开动着的机器紧密接触，机器的振动引起转速计的轻微振动，这时固有频率与机器转速一致的那个钢片发生共振，