高二物理選修3-4 受迫振動 共振

高二物理選修3-4受迫振動共振【教學目標】一、知識與技能1、掌握阻尼振動的概念，知道阻尼振動中的能量轉化的情況；2、知道在什么情況下可以把實際的振動看作簡諧運動；3、知道受迫振動和共振的概念；特點以及它們的區(qū)別和共同點；4、知道受迫振動的頻率等于驅動力的頻率；與固有頻率不同；5、知道發(fā)生共振的條件；知道共振的應用和防止的實例。二、過程與方法1、通過再現(xiàn)實際振動情景，讓學生知道實際的振動一般是阻尼振動2、通過實際演示，總結歸納得到受迫振動的頻率決定于驅動力的頻率；3、通過演示、舉例，了解什么是共振,并大致畫出共振曲線，認識共振曲線的物理意義4、了解共振的應用和防止。三、情感態(tài)度與價值觀1、培養(yǎng)學生善于觀察與思考的學習習慣。2、通過受迫振動的頻率由驅動力的頻率決定，認識內(nèi)因和外因的關系。通過共振的應用和防止的教學，滲透一分為二的觀點；3、懂得進行物理實驗是學習與掌握物理知識的主要途經(jīng)?！窘虒W重點、難點】1、重點：受迫振動的概念；共振的概念及產(chǎn)生共振的條件。2．難點：受迫振動的頻率由驅動力的頻率決定；當f=f時，物體受迫振動的振幅最大?！窘虒W用具】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?！窘虒W過程】一、創(chuàng)設情境，了解受迫振動我們剛剛學過了彈簧振子和單擺。在忽略到它們所受的空氣阻力和摩擦力時，系統(tǒng)的機械能守恒，它們會以不變的振幅永不停息地振動下去。這種振動我們稱為等幅振動。但是實際情況下這兩種振子在振動過程中，肯定是要受到空氣阻力的作用，

因此它們的振幅會越來越小，最后靜止振動。這類振動我們稱為阻尼振動。提問：是不是所有的振動，只要有空氣阻力存在，它們的振動都會越來越慢，最終停止的呢？(稍作停頓，讓學生思考)通過兩個實例來幫助學生思考：事例一：機械鐘擺在擺動過程中，雖然受空氣阻力，但是我們只要定期給這座鐘上發(fā)條，它會不會停下來？事例二：如果一個人坐在秋千上玩，那秋千蕩了一會就會停下來，那是因為秋千在蕩的過程中要受到空氣阻力的作用。但如果旁邊有一個人幫助推一下只要他不停的推一下，那秋千擺動就不會停下來。一般情況下，在空氣中的振動最終都要停下來，但如果定期給它一個動力用來補償空氣阻力所造成的能量損失，這個振動就可以一直維持下去。這種周期性的外力就叫做驅動力；這種情況下振子的振動已非己愿，它是被迫振動，所以物體在驅動力作用下的振動就稱之為受迫振動。(5)受迫振動的實例電磁打點計時器的振針；工作時縫紉機的振針；揚聲器的紙盒；跳水比賽時，人在跳板上走過時，跳板的振動；機器底座在機器運轉時發(fā)生的振動.二、進一步認識受迫振動通過剛才的學習，我們知道物體在周期性的驅動力作用下所做的振動叫受迫振動；那么做受迫振動的物體還是不是按自身的固有頻率振動的呢？受迫振動實驗：介紹實驗裝置，先讓振子做自由振動，說明振子做自由振動時周期與振幅無關，振子的頻率或周期是振子的本身的屬性，所以他們的頻率或周期稱之為固有頻率或固有周期。說明搖柄的作用，再搖動搖柄，讓學生注意觀察搖柄的節(jié)奏和下面所掛彈簧振子的振動關系。從而定性說明搖得越快，下面的彈簧振子振動得也越快。同學們可以這樣想：如果我用手握住下面所掛的勾碼，讓勾碼振動起來，那是不是要它快就快，要慢就慢呢？這時振子的振動頻率就和我的手的頻率或周期保持一致。能夠從這個實驗中得出什么結論？

總結：物體做受迫振動時，振動穩(wěn)定后的頻率等于驅動力的頻率，與物體的固有頻率無關。三、共振物體做受迫振動時，振動穩(wěn)定后的頻率等于驅動力的頻率。那是不是物體做受迫振動時，固有頻率對振動是否毫無影響呢？下面我們來看一實驗：實驗一：把D拉離平衡位置,放手后使其在豎直面內(nèi)擺動.實驗二：把A拉離平衡位置,放手后使其在豎直面內(nèi)擺動.實驗三：把E拉離平衡位置,放手后使其在豎直面內(nèi)擺動.學生觀察實驗后回答下列問題：描述實驗一看到的現(xiàn)象．描述實驗二所觀察到的現(xiàn)象．描述實驗三所觀察到的現(xiàn)象．五個小球的固有頻率有何關系?三個實驗中小球都做什么運動?從三個實驗中你得到什么結論?學生觀察、討論后得出結論．從實驗一可以看到：D球開始擺動后.其余小球跟著開始擺動.A、B、C三球的振幅比E球的振幅大（看偏角）．但A、B、C、E四球的頻率與D球相同．從實驗二中可以看到：A球開始擺動后，其余小球跟著開始擺動,B、C兩球的振幅比D、E兩球大.B、C兩球振幅差別不明顯.D、E兩球振幅的差別也不明顯.但B、C、D、E四球的頻率與A球相同．從實驗三中可以看到：E球開始振動后其余小球跟著開始振動，A、B、C三球振幅差別不大.但都大于D球，同時A、B、C、D四球振動的頻率與E球相同.五個小球若單獨運動時都可看作單擺，由單擺周期公式T二2兀匚可知；gT>T=T=T>T.即:f>f=f=f>fDABCEEABCD在上述三個實驗中除開始振動的小球外，其余小球都做受迫振動，其驅動力來源于開始擺動的小球施加在橫線上的力.

從上述三個實驗可知：物體做受迫運動時其振幅和本身固有頻率與驅動力的頻率有關．①當驅動力頻率與固有；頻率相差較大時、振幅較小，②當驅動力的頻率與固有頻率相差較小時，振幅較大；③當驅動力的頻率與固有頻率相等時,振幅最大．我們把受迫振動的這種現(xiàn)象叫共振．(2)發(fā)生共振的條件是：驅動力的頻率接近或等于物體的固有頻率．四、共振曲線對于受迫振動的振幅A與驅動力頻率的關系也可用圖象表示?？煽闯觯寒旘寗恿男÷咏矬w的固有頻率，然后再超過物體的固有頻率再變大的過程中，物體的振幅的變化情況。生活也有共振的例子：洗衣機甩水桶工作后停下的過程有共振聲音也是由振動引起的，因而聲音也能發(fā)生共振，聲音的共振叫共鳴。做音叉共鳴實驗，并請同學們討論下面問題：B音叉與A音叉發(fā)生共振時，其驅動力來源于哪兒?回答：A叉股振動后,推動周圍空氣發(fā)生振動,當振動后,就會周期性地對B音叉的叉股施加驅動力,使B音叉的叉股發(fā)生振動,產(chǎn)生聲音。五．共振現(xiàn)象的應用和防止：共振現(xiàn)象有許多應用，但也會造成危害。請學生閱讀課文，回答下列問題：應用共振的實例有那些？①樂器的共鳴箱．②測量機器轉速．③共振篩．等防止共振的實例有那些？①過橋B音叉周圍空氣開始時要走便步．②輪船在有波浪的海面行駛時改變航向來避免共振發(fā)生．③機器運轉時為防止共振而調(diào)整轉速．深入探究：應用共振的物理原理是什么?防止共振的物理原理是什么?學生討論后回答：應用共振時應使驅動力的頻率盡量靠近物體的固有頻率．防止共振時應使驅動力的頻率盡量遠離物體的固有頻率．六、小結共振現(xiàn)象對我們的生活有利也有害．所以我們要養(yǎng)成一分為二看問題的習慣。通過本節(jié)學習我們知道：(1)受迫振動的頻率由驅動力的頻率來決定．(2)當f驅=f固時受迫振動發(fā)生共振現(xiàn)象.驅固板書設計：受廠1.物體在周期性驅動力作用