簡諧運(yùn)動的能量、阻尼振動、受迫振動、共振

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1、課題：第九章機(jī)械振動六、簡諧運(yùn)動的能量阻尼振動七、受迫振動共振課型：新授課課時：1課時教學(xué)要求：1、讓學(xué)生知道振動過程中能量的轉(zhuǎn)化；2、讓學(xué)生知道阻尼振動和無阻尼振動，并能從能量的觀點給予說明；3、讓學(xué)生知道受迫振動的概念，知道受迫振動的頻率等于策動力的頻率，而跟振動物體的固有頻率無關(guān)；4、讓學(xué)生知道共振是一種特殊的受迫振動，并知道共振產(chǎn)生的條件，以及常見的共振的應(yīng)用和危害；教學(xué)重點：受迫振動的概念；受迫振動的頻率等于策動力的頻率，而跟振動物體的固有頻率無關(guān)；教學(xué)難點：振動過程中能量的轉(zhuǎn)化情況；教具：受迫振動裝置；教學(xué)方法：通過實驗進(jìn)行研究；教學(xué)過程：一、

2、引入新課：已經(jīng)研究過的彈簧振子和單擺，在整個振動過程中，動能和勢能在不斷地相互轉(zhuǎn)化：從最大位移→平衡位置：勢能轉(zhuǎn)化為動能；從平衡位置→最大位移：動能轉(zhuǎn)化為勢能；在平衡位置時，動能最大，勢能為0；在最大位移處，動能為0，勢能最大；在任意時刻勢能和動能的和，就是振動物體的總機(jī)械能，這個能量跟振動的振幅有關(guān)：振幅越大，能量越大。第4頁彈簧振子和單擺是在彈力和重力的作用下振動，若沒有摩擦和空氣阻力，則整個過程只發(fā)生動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化，因而振動的總機(jī)械能守恒。則這時，振動將保持原有的振幅，永不停息地振動下去。二、新課講授：但由于外界的摩擦和阻力總是存在的，不論是彈

3、簧振子或單擺，在振動過程中要不斷克服外界阻力做功而消耗能量，則振幅就會不斷減小，經(jīng)過一段時間后，振幅會減為0，振動就會完全停止下來。這種振幅越來越小的振動叫做阻尼振動，例如：用錘敲一下鑼，逐漸鑼聲就會弱下去，而不會變調(diào)（頻率不變）；因而阻尼振動的圖象就是：阻尼振動中，振幅減小的快慢與振動物體周圍介質(zhì)的阻力大小有關(guān)系，介質(zhì)的阻力越大，振幅減小得越快，振動也停止得越快。例如：單擺在空氣中可以振動相當(dāng)長的時間，而放在水中則很快就會停止振動，放在粘滯的油中振動停止得會更快。（二）無阻尼振動：擺鐘的擺做簡諧運(yùn)動，用來計時，擺經(jīng)過一段會停止，則需擰緊發(fā)條，儲存能量，按

4、照擺的周期給擺補(bǔ)充能量，使擺保持一定的周期和振幅振動下去。小孩蕩秋千，媽媽有規(guī)則地推秋千，使得振幅不變的振動維持下去。可見，我們?nèi)绻軌蚋鶕?jù)物體在振動過程中消耗能量的情況不同來不斷補(bǔ)充能量，則雖有摩擦和阻力，物體也可以做等幅振動———無阻尼振動。（三）受迫振動：要得到持續(xù)的無阻尼振動的最簡單的方法，是用周期性的外力作用于振動物體。這種周期性的外力———驅(qū)動力。物體在周期性外力作用下的振動———受迫振動。例如：跳水運(yùn)動員走過跳板時的振動；機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時，底座的振動；演示實驗：受迫振動演示儀第4頁用不同的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動把手，使振子作受迫振動。把手施加給振子的是一個周

5、期性的外力———驅(qū)動力，這個力的周期跟把手轉(zhuǎn)動的周期是相同的?？梢钥吹?，振子振動周期總和驅(qū)動力的周期相同，即：物體做受迫振動的頻率等于驅(qū)動力的頻率，而跟物體的固有頻率無關(guān)。注：阻尼振動、無阻尼振動是振動物體以固有頻率發(fā)生振動，而受迫振動則是按驅(qū)動力頻率振動的。（四）共振演示實驗：共振演示儀使A擺振動，通過張緊的繩施加給各擺驅(qū)動力，使之振動起來。則各擺的周期就等于A擺的周期，而B擺與A擺的固有周期相同（由擺長來決定，兩擺的擺長相同）現(xiàn)象：B擺的振幅最大；擺長最短的D、E兩擺的振幅最??；即：驅(qū)動力的頻率f跟振動物體的固有頻率f固相等時，受迫振動的振幅最大；驅(qū)動

6、力的頻率f跟振動物體的固有頻率f固相差越大時，受迫振動的振幅最??；如圖所示：（五）聲音的共鳴：演示實驗：取兩個頻率相同的音叉A和B，相隔不遠(yuǎn)并排放在桌上，打擊音叉A的叉股，使它發(fā)聲。過一會兒，用手按住音叉A的叉股，使它停止發(fā)聲，可以聽到?jīng)]有被敲響的音叉B發(fā)出了聲音。若在音叉B的叉股上套上一個套管，改變音叉B的固有頻率，重做上面的實驗，就聽不到音叉B發(fā)出的聲音了。分析：音叉A的叉股敲時產(chǎn)生振動，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)動力，這兩個音叉的頻率相同，所以這個周期性的驅(qū)動力的頻率等于音叉B的固有頻率，于是音叉B發(fā)生共振，發(fā)出聲音。聲音

7、的共振現(xiàn)象通常叫做共鳴。改變音叉B的固有頻率，就不會發(fā)生共鳴了。音叉下面所裝的空箱，叫做共鳴箱，音叉發(fā)聲時，共鳴箱發(fā)生共鳴，可以使音叉的聲音增強(qiáng)。上述實驗中兩個音叉間振動的傳播，主要也是通過共鳴箱來實現(xiàn)的。第4頁（六）共振的應(yīng)用和防止：1、應(yīng)用：1）轉(zhuǎn)速計：可測量發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速；2）共振篩：可提高篩除雜物的效率；2、危害：1）軍隊或火車過橋時，整齊的步伐或車輪對鐵軌接頭處的撞擊會對橋梁產(chǎn)生周期性的驅(qū)動力，如果驅(qū)動力的頻率接近橋梁的固有頻率，就可能使橋的振幅顯著變大，致使橋斷裂；2）輪船航行時，如果所受波浪沖擊力的頻率接近輪船左右搖擺的固有頻率，可能使輪船傾覆

8、；3）機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時，零部件的運(yùn)動（活塞的運(yùn)動、輪的轉(zhuǎn)動）會產(chǎn)生周期性