高中物理《簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力和能量》教案5 新人教版選修3-4

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1、課題:§8.4 振動(dòng)中的能量轉(zhuǎn)化 §8.5 受迫振動(dòng) 共振 教學(xué)目的: 1、知道振幅越大,振動(dòng)的能量(總機(jī)械能)越大。 2、知道什么是阻尼振動(dòng)和阻尼振動(dòng)中能量轉(zhuǎn)化的情況。 3、知道受迫振動(dòng)和共振的概念 4、知道受迫振動(dòng)的頻率等于驅(qū)動(dòng)力頻率 5、知道共振的應(yīng)用和防止的實(shí)例 教學(xué)重點(diǎn):簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中機(jī)械能的轉(zhuǎn)化,受迫振動(dòng)和共振 教學(xué)難點(diǎn):受迫振動(dòng)的頻率等于驅(qū)動(dòng)力頻率 教具:共振演示器 教學(xué)過(guò)程: 分析:?jiǎn)螖[運(yùn)動(dòng)中的能量,總結(jié)以上可得—— 一、振動(dòng)中的能量轉(zhuǎn)化 ⒈動(dòng)能、勢(shì)能的變化 彈簧振子和單擺動(dòng)能和勢(shì)能轉(zhuǎn)化簡(jiǎn)表: 振幅位置 振幅位置 平衡位置 平衡位置

2、 平衡位置 振幅位置 振幅位置 E pm EpEk Ekm Ek Ep E pm 總機(jī)械能 E pm= Ep+Ek = Ekm 可以看出,物體在做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí),系統(tǒng)中的動(dòng)能與勢(shì)能發(fā)生相互變化,機(jī)械能總量保持不變。那么,機(jī)械能總量的大小跟什么因素有關(guān)呢? 實(shí)驗(yàn):當(dāng)把彈簧振子拉長(zhǎng)一些讓振子開(kāi)始振動(dòng),由于振幅增大,彈簧的形變?cè)龃?,振?dòng)系統(tǒng)彈性勢(shì)能增 加,總能量變大。 ⒉ 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中的能量跟振幅有關(guān),振幅越大,能量越大。 對(duì)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)來(lái)說(shuō),一旦外界供給振動(dòng)系統(tǒng)一定的能量,使它開(kāi)始振動(dòng),系統(tǒng)中的動(dòng)能與勢(shì)能發(fā)生相互變化,機(jī)械能總量保持不變

3、,它就以一定的振幅永不停息地振動(dòng)下去。但在日常生活中由于振動(dòng)系統(tǒng)要受到外界的摩擦和阻力作用(即阻尼作用),系統(tǒng)要克服摩擦和阻力做功,使系統(tǒng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能,由于系統(tǒng)的總機(jī)械能減少,振幅也就逐漸減小,最后當(dāng)機(jī)械能耗盡的時(shí)候,振幅就變?yōu)榱?,振子就停止振?dòng)、這樣的振動(dòng)叫阻尼振動(dòng)。 ⒊阻尼振動(dòng):振幅逐漸減小的振動(dòng)。 阻尼振動(dòng)不是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),但當(dāng)阻尼很小時(shí),在一段不太長(zhǎng)的時(shí)間里看不出振幅有明顯的變化,此時(shí)可以認(rèn)為是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。 在外力使彈簧振子的小球和單擺的擺球偏離平衡位置后,它們就在系統(tǒng)內(nèi)部的彈力或重力作用下振動(dòng)起來(lái),不再需要外力的推動(dòng),這種振動(dòng)叫做自由振動(dòng),由于阻力不可避免,這樣的振動(dòng)最

4、終都會(huì)停下來(lái).那么我們有無(wú)使它們振幅不減小的辦法呢? 那就是給系統(tǒng)不斷地補(bǔ)充能量,即給系統(tǒng)一個(gè)周期性的外力,使該外力對(duì)系統(tǒng)做正功來(lái)不斷補(bǔ)充系統(tǒng)所損失的能量,使其不斷地振動(dòng)下去.這種振動(dòng)叫受迫振動(dòng)。 二、受迫振動(dòng) ⒈ 驅(qū)動(dòng)力:使振動(dòng)系統(tǒng)持續(xù)地振動(dòng)下去的周期性外力叫驅(qū)動(dòng)力。 周期性外力作用于系統(tǒng),對(duì)系統(tǒng)做功,克服阻尼作用,補(bǔ)償系統(tǒng)的能量損耗。 ⒉ 受迫振動(dòng):物體在外界驅(qū)動(dòng)力作用下的振動(dòng)。 跳水運(yùn)動(dòng)員在跳板上行走時(shí)跳板所發(fā)生的振動(dòng);機(jī)器工作時(shí)機(jī)器底座所發(fā)生的振動(dòng),都是由于受到外界驅(qū)動(dòng)力作用下所做的受迫振動(dòng)。 那么做受迫振動(dòng)的物體在振動(dòng)時(shí)的頻率由什么決定呢? 通過(guò)觀察研究各種受迫振動(dòng)實(shí)

5、驗(yàn),可以得出—— ⒊受迫振動(dòng)的頻率: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。跟物體的固有頻率無(wú) 關(guān)。 振子的固有頻率由什么決定的呢? 任何物體都有自身的特殊的結(jié)構(gòu),它們的固有頻率是由這些結(jié)構(gòu)所決定的,單擺的固有頻率是由擺長(zhǎng)和當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣人鶝Q定的;彈簧振子的固有頻率是由彈簧和小球所決定的,而與外界無(wú)關(guān)。 雖然物體做受迫振動(dòng)的頻率是由驅(qū)動(dòng)力的頻率決定的,而與物體的固有頻率無(wú)關(guān),但物體做受迫振動(dòng)的振幅是否與物體的固有頻率有聯(lián)系呢? 實(shí)驗(yàn):在一根張緊的繩子上掛幾個(gè)擺,其中A、B、C的擺長(zhǎng)

6、相等.當(dāng)A擺振動(dòng)的時(shí)候,通過(guò)張緊的繩子給其他各擺施加驅(qū)動(dòng)力。當(dāng)A擺動(dòng)的時(shí)候,其余各擺也隨之做受迫振動(dòng),而此時(shí)驅(qū)動(dòng)力的頻率就是A擺的固有頻率。 實(shí)驗(yàn)表明:固有頻率跟驅(qū)動(dòng)力頻率相等的B擺和C擺振幅最大;固有頻率跟驅(qū)動(dòng)力相差最大的D擺振幅最小。根據(jù)上述實(shí)驗(yàn),書(shū)上給出了做受迫振動(dòng)的物體振幅A與驅(qū)動(dòng)力的頻率f的關(guān)系曲線.當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率 f 與物體的固有頻率 f 接近時(shí),物體的振幅越大;當(dāng)物體所受的驅(qū)動(dòng)力頻率與物體的固有頻率相等時(shí),物體振動(dòng)振幅最大。 錄像:共振 總結(jié):驅(qū)動(dòng)力的頻率等于振子的固有頻率時(shí),振子振幅最大,這種現(xiàn)象叫做共振。 三、共振 ⒈定義:驅(qū)動(dòng)力的頻率接近物體的固有頻率時(shí),受迫

7、振動(dòng)的振幅增大,這種現(xiàn)象叫共振。 ⒉共振的應(yīng)用和防止 ⑴原理:在需要利用共振時(shí),應(yīng)使驅(qū)動(dòng)力頻率接近或等于振動(dòng)物體的固有頻率;在需要防止共振時(shí),應(yīng) 使驅(qū)動(dòng)力頻率與振動(dòng)物體的固有頻率相差越大越好。 ⑵應(yīng)用:共振篩、音箱等 ⑶防止:火車(chē)過(guò)橋慢開(kāi),控制機(jī)器轉(zhuǎn)速等。 1906年,俄國(guó)軍隊(duì)通過(guò)彼得堡附近大橋時(shí),由于齊步走,使大橋共振而斷裂。為防止類似慘劇再次發(fā)生,后來(lái)規(guī)定行軍過(guò)橋不準(zhǔn)齊步走。1992 年5月,法國(guó)科西嘉島舉辦一場(chǎng)足球賽,當(dāng)兩隊(duì)隊(duì)員入場(chǎng)時(shí),臨時(shí)看臺(tái)上的觀眾歡呼、跳躍,看臺(tái)受到人群驅(qū)動(dòng)力的頻率等于自己的固有頻率,發(fā)生共振,“嘩啦啦”一下全部倒塌,造成幾十人死亡,800多人受傷的特大事故。 布置作業(yè):閱讀教材

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