高二物理受迫振動(dòng)-共振

1、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

2、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)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.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

3、.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)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)(

4、1)演示，用用圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置向下拉一下振子，觀察它的振動(dòng)情況.學(xué)生答：振子做的是阻尼振動(dòng).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.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)

5、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)例電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的振針； 工作時(shí)縫紉機(jī)的振針；揚(yáng)聲器的紙盒；跳水比賽時(shí)，人在跳板上走過時(shí)，跳板的振動(dòng)；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

6、什么關(guān)系呢?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.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；當(dāng)把手轉(zhuǎn)速大時(shí)，振子振動(dòng)較快.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.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)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、

7、B、C的擺長(zhǎng)相等.演示：先讓A擺擺動(dòng)，觀察在擺動(dòng)穩(wěn)定后的現(xiàn)象.學(xué)生描述看到的現(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(zhǎng)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)生討論后回答據(jù)和得到，A、B、C三擺的固有頻率相同.B、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.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

8、有頻率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.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.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.(5)演示：介紹實(shí)驗(yàn)用具：兩個(gè)頻率相同的帶有共鳴箱的

9、音叉，放在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上.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.在音叉的叉股上套上一個(gè)套管，重新做步驟，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.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.第二次實(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

10、什么是聲音的共鳴?(聲音的共振現(xiàn)象叫共鳴)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：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.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：利用共振時(shí)，應(yīng)如何去做?(利用共振時(shí)，應(yīng)使

11、驅(qū)動(dòng)力的頻率接近或等于物體的固有頻率)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(zhǎng)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.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

12、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“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(zhǎng)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O

13、C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)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(cè)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；0.2s3.洗衣機(jī)的固有頻率f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