4. 阻尼振动 受迫振动课件配套优秀公开课教案设计

秦皇岛市实验中学

于卫国

阻尼振动

受迫振动

教学目标：

（一）物理观念

1、知道什么是阻尼振动；知道在什么情况下可以把实际发生的振动看作简谐运动。

2、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。

3、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。

4、知道什么是共振以及发生共振的条件。

（二）科学思维、科学探究

1、通过演示实验，了解阻尼振动的特点，明确受迫振动的频率决定于驱动力的频率。[来源:学科网]

2、通过分析实际例子，得到什么是受迫振动和共振现象，培养学生理论联系实际的能力。

（三）科学态度与责任[ 1、振动有多种不同类型说明各种运动形式都是普遍性下的特殊性的具体体现。

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：

受迫振动的概念以及共振及产生共振的条件。

教学难点：

共振及产生共振的条件。

教学方法:

观察、对比、讨论、阅读、实验演示、多媒体展示。

教学用具：

单摆、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、视频课件

教学过程:

（一）引入新课

各位同学大家好，我是实验中学的张老师，今天我和大家一起学习外力作用下的振动这节课。大家先来看一段视频。（大桥垮塌）那么共振是什么呢？让我们一起来学习! 复习提问:前面我们刚学习了简谐运动、弹簧振子和单摆。那么单摆的周期公式是什么呢？

（学生

，）单摆的周期由什么决定？（学生）与振幅有关吗？（学生）

总结：不只是单摆、弹簧振子，任何自由振动的物体都有一个固定的周期，叫做固有周期。

（二）新课教学

固有周期和固有频率

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于卫国

1.定义：物体不受外力作用下的振动的周期和频率，称为固有周期和固有频率。

2.由物体本身决定，与振幅无关。

请看演示实验：1.摆动的秋千 2.敲击音叉

用乒乓球模拟荡秋千的人

问题：

大家看到、听到了什么？它是简谐运动吗？为什么？ 现象：单摆和音叉的振幅越来越小，最后停下来。

解释：在单摆和音叉的振动过程中，不可避免地要克服摩擦及其他阻力做功，系统的机械能就要损耗，振动的振幅就会逐渐减小，机械能耗尽之时，振动就会停下来了。 生活中存在像弹簧振子、单摆一样的简谐运动吗？

实际振动中，都要不可避免地克服阻力做功，能量（振幅）逐渐减小，最终停止。我们把这种振幅逐渐减小的振动叫做阻尼振动。 1、阻尼振动

源x O t

①阻尼振动：振幅逐渐减小的振动，叫做阻尼振动。

②阻尼振动的图象：

思考：用什么方法才能得到持续的振动呢？如何能让秋千一直摆动呢？

（补充能量、驱动力）给振动系统施加一个周期性的驱动力作用。

2、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：物体在驱动力作用下所做的振动叫受迫振动。 受迫振动实例：发动机正在运转时汽车本身的振动、我们听到声音时耳膜的振动、电磁打点计时器的振针等。（动态GIF图片展示）

受迫振动的频率有什么特点？

（先根据事实观察，猜想，再实验验证）

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于卫国

请看探究实验3：（自制教具实验。把左图课本中的教具改造成右图教具，效果更明显。）

现象1：振动稳定后，偏心轮每转动一圈，小车左右振动一次；增大转速，转动次数与振动次数总是相等

。

结论1：猜想成立。 （3）受迫振动的特点 ①受迫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无关。 逐渐增大偏心轮的转速。

现象2：随着偏心轮对小车施加的驱动力频率逐渐增大，小车上的竖直弹簧的振幅先增大，后减小。

结论2：实验发现，受迫振动的振幅A与驱动力的频率有关。

把它们之间的这种关系用图象来表示出来，如图：

纵轴：表示受迫振动的振幅。

横轴：表示驱动力的频率。

问题：振幅最大时，频率是多少呢？

请看探究实验4：展示共振摆，各摆的固有周期不同。

问题1：如何获得一个稳定的驱动力？只拉动摆1，其他摆做什么振动？ 学生：受迫振动

他们的频率与什么有关？

等于驱动力的频率，与物体的固有频率无关。

问题2：摆动5球，其余球做受迫振动，其余球中哪个球振幅最大？

结论：驱动力的频率与物体的固有频率相等时，受迫振动的振幅最大。 思考：能不能再验证一下呢? 3 受迫振动的振幅

A O

f＇

f

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于卫国

学生：摆动4球，看1球是否振幅最大。 3、共振 （1）共振 驱动力频率与物体的固有频率相等时，受迫振动的振幅最大，这种现象叫做共振。

（2）发生共振的条件：

驱动力频率与物体的固有频率相等或接近。

（3）共振曲线

如图：横轴表示驱动力的频率f ；纵轴表示受迫振动的振幅A

+K]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。 请看演示实验5：

受迫振动的振幅

A O

f＇

f

演示：两个频率相同的带有共鸣箱的音叉A和B，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。（远处的同学听不到声音，效果不明显。实验改进：紧挨着B悬挂一个乒乓球。） 现象：可以听到没被敲打的音叉B发出了声音。

（改进后，可以清楚地看到乒乓球发生振动。）

分析（学生）：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。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。（改进后，乒乓球振动说明音叉B发生明显振动） 4、共鸣：声音的共振现象叫共鸣。

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不再发出声音了。（看不到乒乓球振动）

分析（学生）：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。

请看视频：声音震碎玻璃杯

问题1：声音为什么会将玻璃杯震碎？（学生）

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于卫国

为什么平时唱歌玻璃杯没被震碎？（震碎不只是发生共振，还需要足够的能量）

问题2：共振只有危害吗？ 5、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

实例：发动机转速计、共振筛等。

②防止共振时，应使驱动力的频率与振动物体的固有频率不同，而且相差越大越好

实例：为减弱车厢共振噪音在车厢上贴止振垫，车间机器运转时为了防止共振可以调节转速或改变车间布局等。

生活中的实例：

（1） 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。

因而统一规定：军队过桥便步走，火车过桥慢行。 模拟实验：

两个节拍器、薄木板、两个易拉罐组合模拟桥梁。

先让节拍器同步，观察薄木板的晃动情况，体会共振的力量。

问题：如果两个节拍器步调相反呢？

现场演示，观察现象。（木板不再晃动）

回顾引入大桥垮塌视频，释疑解惑。

（2）图片和视频展示，世界第二632米高的上海中心大厦利用阻尼器防止风振。

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于卫国

猜想：上海中心大厦的防风阻尼器在大楼的上中下哪个部位？

通过观看视频中的模拟实验和记者亲临现场，揭开谜底。

鼓励同学们亲自去上海中心参观体验

（3）展示微波炉加热原理：食物中水分子的振动频率约为2500MHz ，具有大致相同频率的电磁波称为

“微波”

。微波炉加热食品时，炉内产生很强的振荡电磁场，使食物中的水分子作受迫振动，发生共振，将电磁辐射能转化为内能，从而使食物的温度迅速升高。微波加热是对物体内部的整体加热，极大地提高了加热效率。 课后探究：一杯水和一个空玻璃杯同时放入微波炉加热1分钟，看看有什么不同？

鼓励同学们动手体验生活中的物理，真正弄明白微波炉加热原理。

（三）课堂小结

1、实际的振动系统由于受到外界阻尼作用，振动系统的机械能逐渐减小，振幅逐渐减小，这种振动叫阻尼振动，实际的振动系统如果没有能量补充都是阻尼振动，简谐运动只是一种理想的模型。

2、物体在外界驱动力作用下所做的振动叫受迫振动，受迫振动的频率取决于驱动力的频率。

3、共振是受迫振动的特殊情况，当驱动力的频率接近或等于物体固有频率时，受迫振动振幅最大的现象，叫做共振。

4、利用共振时，应使驱动力的频率接近或等于振动系统的固有频率；

防止共振时，应使驱动力的频率与系统的固有频率不同，而且相差越大越好。

（四）布置作业

完成“问题与练习”的题目，阅读“科学漫步”中的材料。

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