高中物理 外力作用下的振动教案

《外力作用下的振动》教案

教学目标：

1、了解固有振动、固有周期和固有频率；

2、了解阻尼振动，知道阻尼振动时振动物体的能量变化情况；

3、通过实验认识受迫振动的特点，知道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；

4、知道共振现象产生的条件以及应用共振和防止共振的事例和方法；

5、理解共振曲线。

教学重点：通过实验认识受迫振动的特点，知道共振现象产生的条件。

教学难点：通过共振实验，全面认识共振现象，理解共振曲线。

教学方法：设问法、实验法、分析法、介绍法

板书设计：

外力作用下的振动

1、阻尼振动：振幅(能量)逐渐减小的振动

2、受迫振动：物体在外界驱动力作用下的振动

物体做受迫振动时，振动稳定后的频率等于驱动力的频率，跟物体的固有频率无关。

3、共振: 驱动力的频率等于物体的固有频率时，受迫振动的物体振幅达到最大的现象。

A、利用共振时：应使驱动力的频率f接近或等于振动物体的固有频率f0

B、防止共振时：应使驱动力的频率f与物体的固有频率f0不同，而且相差越大越好

教学过程：

（师）提问:

1.弹簧振子、单摆分别如何理想化处理，其振动能被认为是简谐运动？其x-t图像是什么曲

线？

弹簧振子理想化处理：摩擦阻力忽略不计，弹簧的质量跟小球相比忽略不计；

单摆理想化处理：忽略悬挂小球的细绳的伸缩，细绳的质量与小球相比可以忽略，球的直径与线的长度相比可以忽略，小球的体积可以忽略，即可将其视为质点，摆角小于5度。

简谐运动的x-t图像是正余弦曲线。

2.考虑实际情况，它们的x-t图像还是正余弦曲线吗？

3.你会用什么方法绘制其x-t图像？

4.你认为是什么原因导致了其机械能的损耗呢？

在实际振动中，由于阻力的存在，振动系统最初所获得的能量，在振动的过程中因不断克服阻力做功而减小。振动强度逐渐衰减，振幅也就越来越小，最后停止振动。这种振动称为阻尼振动。

课件展示：

一、阻尼振动

1、阻尼振动：振幅逐渐减小的振动

2、阻尼振动的图像

3、振动系统受到的阻尼越大，振幅减小得越快，阻尼过大时，

系统将不能发生振动。

4、实际的自由振动一定是阻尼振动

（师）思考：用什么方法才能得到持续的振动呢？

用周期性的外力作用于振动系统，通过外力对系统做正功，补偿系统损耗的机械能，使系统持续地振动下去。

例如一块架起的跳板，如果我们敲它一下，它就会按自己的固有频率颤动起来，这就是固有振动。

可是，现在有人在跳板上晃动，跳板在人脚下，按人的步伐频率而振动，这个振动频率就完全取决于在它上面的人了，这种振动就是受迫振动。课件展示：人在跳板上走动

（师）那么大家能不能再举出一些受迫振动的实例呢？

①跳板在人走过时发生的振动

②机器底座在机器运转时发生的振动

③听到声音时耳膜的振动

④电磁打点计时器的振针所做的振动

从这些例子中，我们知道了什么叫受迫振动。

课件展示

二、受迫振动

1、驱动力

作用在振动系统上的周期性外力

2、受迫振动

系统在驱动力作用下所做的振动

（师）那请大家再思考：受迫振动的频率跟什么因素有关呢?

学生分组实验：轻质弹簧下面挂一个钩码，一手竖直提着，

（1）另一只手分别把钩码拉开不同的距离（在弹性限度内），然后释放，看钩码振动的周期有没有变化？

固有振动：振动系统不受驱动力作用的自由振动

固有周期：固有振动的周期T0

固有频率：固有振动的频率f0

固有周期和固有频率

振动系统的振动周期与频率由其本身性质决定，与振幅无关。

如：弹簧振子：

单摆：

（2）另一只手有节奏的周期性拍打提着钩码的这只手。两个学生分别数拍的次数、钩码振动的次数。同时开始计时，同时停止。看次数是否相等。

3、受迫振动的特点

受迫振动的频率总等于驱动力的频率，与系统的固有频率无关。

还可课件展示：摇把带动弹簧振子作受迫振动

（师）思考：通过以上的研究我们知道，不管系统的固有频率如何，它做受迫振动的频率总等于驱动力的频率，与系统的固有频率无关。那么，在一定驱动力作用下的受迫振动，其振幅是否也跟它的固有频率无关呢？

实验：共振摆

三、共振

1、定义：驱动力的频率f等于物体的固有频率f0时，受迫振动的振幅最大，这种现象叫做共振。

2、共振曲线

横轴：表示驱动力的频率

纵轴：表示受迫振动的振幅

f驱= f固时，振幅有最大值

f驱与f固差别越大时，振幅越小

（师）提问：人在跳板上走动时，满足什么条件，跳板会愈振愈烈？

当人给予跳板的驱动力的频率恰好等于跳板的固有频率时，就会每拍必合，愈振愈烈，这就是共振。

3、生活中的共振现象

共鸣，共鸣箱

共振筛

龙洗盆

声波碎杯

1831年，一队骑兵通过曼彻斯特附近的一座便桥时，由于马蹄节奏整齐，桥梁发生共振而断裂。

1940年，美国的全长860米的塔柯姆大桥在建成后的4个月因风共振而倒塌

唐朝时候，洛阳某寺一僧人房中挂着的一件乐器，经常莫名其妙地自动鸣响，僧人因此惊恐成疾，四处求治无效。他有一个朋友是朝中管音乐的官员，闻讯特去看望他。这时正好听见寺里敲钟声，那件乐器又随之作响。于是朋友说：你的病我可以治好，因为我找到你的病根了。只见朋友找到一把铁锉，在乐器上锉磨几下，乐器便再也不会自动作响了。

美国有一农场农妇，习惯于用吹笛的方式招呼丈夫回家吃饭，可当她有一次吹笛时，居然发现树上的毛毛虫纷纷坠地而死，惊讶之余，她到自己的果园吹了几个小时，一下子将果树上的毛毛虫收拾的一干二净，究其原因，还是笛子发出的声音引起毛毛虫内脏发生剧烈共振而死亡。

四、共振的防止和应用

1、防止

使驱动力的频率与物体的固有频率不同，而且相差越大越好。

2、应用

使驱动力的频率接近或等于振动物体的固有频率。

小结：

1、阻尼振动：振幅(能量)逐渐减小的振动

2、受迫振动：物体在外界驱动力作用下的振动

物体做受迫振动时，振动稳定后的频率等于驱动力的频率，跟物体的固有频率无关。

3、共振: 驱动力的频率等于物体的固有频率时，受迫振动的物体振幅达到最大的现象。

A、利用共振时：应使驱动力的频率f接近或等于振动物体的固有频率f0

B、防止共振时：应使驱动力的频率f与物体的固有频率f0不同，而且相差越大越好

课堂练习

1.如图所示，是用来测量各种发动机转速的转速计原理图。在同一铁支架NM上焊有固有频率依次为80Hz、60Hz、40Hz、20Hz的四个钢片a、b、c、d。将M端与正在转动的电动机接触，发现b钢片振幅最大，则电动机转速为_______r/min，a、b、c、d此时振动频率为_________

2.如图所示演示装置，一根张紧的水平绳上挂着四个单摆，让b摆摆动，其余各摆也摆动起来，可以发现（）