4. 阻尼振动 受迫振动设计意图

第4节

阻尼振动

受迫振动教学设计

●本节教材分析

本节从功能关系、动力学、运动学等多角度来研究受迫振动及其特例——共振现象。

在教学中应该充分发挥实验的作用，使学生理解物体在做受迫振动时其频率跟驱动力频率的关系，以及受迫振动的频率与物体固有频率接近时振动的特点.

另外，在本节的教学中应注意多举一些共振在实际中的应用以及避免共振的做法，培养学生理论联系实际的能力和习惯. ●教学目标

一、知识目标

1.知道什么是阻尼振动和无阻尼振动，并能从能量的观点给予说明；

2.知道受迫振动的概念．知道受迫振动的频率等于驱动力的频率，而跟振动物体的固有频率无关；

3. 理解共振的概念，知道常见的共振的应用和危害. 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

1.什么是受迫振动.

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驱＝ｆ固时，物体做受迫振动的振幅最大. ●教学方法

1.实验演示，总结归纳得到什么是共振及受迫振动的频率决定于驱动力的频率. 2.多媒体演示、举例，了解共振的应用和防止. 3.学生讨论，认识共振曲线的物理意义. ●教学用具

自制教具、实验视频、受迫振动演示仪、共振演示仪. ●教学过程

用投影片出示本节课的学习目标：

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.知道什么叫共振，知道共振发生的条件.

4.知道共振的应用和防止.

学习目标完成过程：

一、导入新课

1、视频

不同频率能够显示不同图案。

为什么不同频率能显示不同图案？

2、故事

唐朝时候洛阳某寺一僧人房中挂着的一件乐器，经常莫名其妙自动鸣响，僧人因此惊恐成疾，四处求医无效。他有一个朋友是朝中管乐器的官员，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。

为什么乐器不响了？

3、实验

实验器材：同规格自行车辐条12根、钢丝钳、木板40cm﹡20cm、电钻等。

图5利用自行车辐条研究共振

实验过程：如图5所示，将12根自行车辐条用钢丝钳依次截取18cm、21cm、24cm、27cm的长度各3根。用电钻在木板任意钻十二孔，将辐条插在孔中。当拨动某长度的辐条时，可以发现其余两个同长度的辐条振幅最大，其余的辐条振动很小。

为什么长度的辐条振幅最大？学习这节课就可以解决这两个问题了。

二、新课教学

1.什么是阻尼振动?

思考两个问题：

（1）敲鼓后鼓皮如何振动？

（2）推动后秋千如何振动？

学生答：鼓皮和秋千的振幅都是越来越小。

播放视频：阻尼振动的振幅如何变化。得到阻尼振动的图像。

结论：

振幅随时间减小的振动。振动能量转变成其他能量。

无阻尼振动（自由振动）：

若系统不受外力作用，也不受任何阻力，只在自身回复力作用下的振动。

〖典例1〗

关于阻尼振动，以下说法中正确的是（

）

A．机械能不断减小

B．动能不断减小

C．振幅不断减小

D．一定不是简谐运动

2.受迫振动

思考两个问题：用什么方法可以得到持续的振动呢？

学生：当秋千荡到一边要返回时再用力一推，就可以使秋千持续荡来荡去。

当钩码要停止振动时，转动手柄就可以使钩码持续振动。

（1）什么是驱动力？

学生：用周期性的外力作用于振动系统，补充系统的能量损耗，使系统持续等幅地振动下去，这种周期性的外力。

（2）什么是受迫振动？

学生：系统在驱动力作用下的振动。

（3）举例说明生活中的受迫振动？

学生：钟表的摆动、收音机喇叭纸盆的振动、电磁打点计时器的振针的振动、机器底座在机器运行时的振动、听到声音时耳膜的振动

（4）受迫振动的频率等于什么频率？

演示实验：以不同的频率转动摇柄，振子的频率如何？

实验表明：物体做受迫振动时，振动稳定后频率，跟物体的固有频率无关。

即T=T驱，f=f驱

〖典例2〗判断下列说法中正确的是（

）

A．阻尼振动一定是减幅振动

B．物体作阻尼振动时，随着振幅的减小，频率也不断减小

C．受迫振动稳定时的频率等于驱动力的频率，与物体的固有频率无关

D．受迫振动的频率由驱动力和物体的结构特点共同决定

（5）物体做受迫振动的振幅是否与物体的固有频率有联系呢? 一个演示实验和一个视频

问题：在演示实验中，拉开球a，看到谁的振幅最大？

视频中两个振子的振幅会随着驱动力的频率变化而变化吗？

学生：C的振幅最大，bd都很小。视频中两个振子的振幅会随着驱动力的频率变化而变化，会出现振幅最大的情况。

结论：

驱动力的频率等于振动物体的固有频率时，振幅最大；驱动力的频率跟固有频率相差越大，振幅越小。

3. 共振

（1）问：刚才的实验中，都会出现振幅增大，这是什么现象？

学生：共振

图像：

图象的意义：

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

问：什么是共振？

驱动力的频率等于物体的固有频率时，受迫振动的振幅最大，这种现象叫做共振。

（2）共振的利用

龙洗盆

共振筛

（3）共振的危害

1940年，美国的全长860米的塔柯姆大桥在建成后的4个月就因风的共振而倒塌。

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

思考：军队如何过桥？火车如何过桥。

学生：军队要便步走，火车要慢行。

结论：

利用共振：应使驱动力的频率靠近或等于振动物体的固有频率；

防止共振：应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．

请学生思考：

你会解释乐器为什么响了吗？

你能解释为什么同长度的辐条振幅最大吗？

学生：乐器固有频率与钟声的频率相同，达到了共振。

同长度的辐条固有频率相同，出现共振。

（4）几种振动的比较

振动类型

自由振动

受迫振动

共振

周期性驱动力的作用

T驱=T固或f驱=f固

振动物体获得的能量最大

共振筛、声音的共鸣

受力情况

振动周期或频率

振动能量

回复力

由系统性质决定即具有固有周期或频率

振动物体的机械能不变

弹簧振子或单摆（小于5°）

周期性驱动力的作用

由驱动力的周期或频率决定即T=T驱或f=f驱

由产生驱动力的物体提供

机械工作时底座发生的振动

常见例子

例3、如图，表示两个单摆m、M悬挂到一根钢丝上，原来它们都静止，今使m偏离平衡位置一个小角度，释放后m做简谐运动的方向在垂直于纸面的竖直平面里，对M此后的运动情况，下列说法正确的是（

）

A、M仍静止

2B、M将做受迫振动，周期为C、M将做受迫振动，周期为2Lglg

D、M能发生共振

例4、下列说法中正确的是（

）

A、某物体做自由振动时，其振动频率与振幅无关

B、某物体做受迫振动时，其振动频率与固有频率无关

C、某物体发生共振时的频率就是其自由振动的频率

D、某物体发生共振时的振动就是无阻尼振动

课堂小结

1、阻尼振动：振幅（能量）逐渐减小的振动。

2、受迫振动：物体在周期性驱动力作用下的振动。

物体做受迫振动时，振动稳定后频率等于驱动力的频率，跟物体固定频率无关。

3、共振：当驱动力的频率跟物体固有频率相等时，受迫的振幅最大。

利用共振：驱动力的频率接近或等于物体固有频率

防止共振：驱动力的频率与物体固有频率相差越大越好

作业：巩固单

板书设计：

第4节

阻尼振动

受迫振动

1、阻尼振动：振幅（能量）逐渐减小的振动。

2、受迫振动：物体在周期性驱动力作用下的振动。

物体做受迫振动时，振动稳定后频率等于驱动力的频率，跟物体固定频率无关。

3、共振：当驱动力的频率跟物体固有频率相等时，受迫的振幅最大。

利用共振：驱动力的频率接近或等于物体固有频率

防止共振：驱动力的频率与物体固有频率相差越大越好