高中物理人教版 (新课标)选修33 简谐运动的回复力和能量教案

这是一份高中物理人教版 (新课标)选修33 简谐运动的回复力和能量教案

课题：§8.4 振动中的能量转化 §8.5 受迫振动 共振教学目的：1、知道振幅越大，振动的能量（总机械能）越大。2、知道什么是阻尼振动和阻尼振动中能量转化的情况。3、知道受迫振动和共振的概念4、知道受迫振动的频率等于驱动力频率5、知道共振的应用和防止的实例教学重点：简谐运动中机械能的转化，受迫振动和共振教学难点：受迫振动的频率等于驱动力频率教具：共振演示器教学过程：分析：单摆运动中的能量，总结以上可得——一、振动中的能量转化⒈动能、势能的变化弹簧振子和单摆动能和势能转化简表：可以看出，物体在做简谐运动时，系统中的动能与势能发生相互变化，机械能总量保持不变。那么，机械能总量的大小跟什么因素有关呢？实验：当把弹簧振子拉长一些让振子开始振动，由于振幅增大，弹簧的形变增大，振动系统弹性势能增 加，总能量变大。⒉ 简谐运动中的能量跟振幅有关，振幅越大，能量越大。对简谐运动来说，一旦外界供给振动系统一定的能量，使它开始振动，系统中的动能与势能发生相互变化，机械能总量保持不变，它就以一定的振幅永不停息地振动下去。但在日常生活中由于振动系统要受到外界的摩擦和阻力作用（即阻尼作用），系统要克服摩擦和阻力做功，使系统的机械能转化为其他形式的能，由于系统的总机械能减少，振幅也就逐渐减小，最后当机械能耗尽的时候，振幅就变为零，振子就停止振动、这样的振动叫阻尼振动。⒊阻尼振动：振幅逐渐减小的振动。阻尼振动不是简谐运动，但当阻尼很小时，在一段不太长的时间里看不出振幅有明显的变化，此时可以认为是简谐运动。在外力使弹簧振子的小球和单摆的摆球偏离平衡位置后，它们就在系统内部的弹力或重力作用下振动起来，不再需要外力的推动，这种振动叫做自由振动，由于阻力不可避免，这样的振动最终都会停下来．那么我们有无使它们振幅不减小的办法呢？那就是给系统不断地补充能量，即给系统一个周期性的外力，使该外力对系统做正功来不断补充系统所损失的能量，使其不断地振动下去．这种振动叫受迫振动。二、受迫振动⒈ 驱动力：使振动系统持续地振动下去的周期性外力叫驱动力。周期性外力作用于系统，对系统做功，克服阻尼作用，补偿系统的能量损耗。⒉ 受迫振动：物体在外界驱动力作用下的振动。跳水运动员在跳板上行走时跳板所发生的振动；机器工作时机器底座所发生的振动，都是由于受到外界驱动力作用下所做的受迫振动。那么做受迫振动的物体在振动时的频率由什么决定呢？通过观察研究各种受迫振动实验，可以得出——⒊受迫振动的频率：物体做受迫振动时，振动稳定后的频率等于驱动力的频率。跟物体的固有频率无 关。振子的固有频率由什么决定的呢？任何物体都有自身的特殊的结构，它们的固有频率是由这些结构所决定的，单摆的固有频率是由摆长和当地的重力加速度所决定的；弹簧振子的固有频率是由弹簧和小球所决定的，而与外界无关。虽然物体做受迫振动的频率是由驱动力的频率决定的，而与物体的固有频率无关，但物体做受迫振动的振幅是否与物体的固有频率有联系呢？实验：在一根张紧的绳子上挂几个摆，其中A、B、C的摆长相等．当A摆振动的时候，通过张紧的绳子给其他各摆施加驱动力。当A摆动的时候，其余各摆也随之做受迫振动，而此时驱动力的频率就是A摆的固有频率。实验表明：固有频率跟驱动力频率相等的B摆和C摆振幅最大；固有频率跟驱动力相差最大的D摆振幅最小。根据上述实验，书上给出了做受迫振动的物体振幅A与驱动力的频率f的关系曲线．当驱动力的频率 f 与物体的固有频率 f 接近时，物体的振幅越大；当物体所受的驱动力频率与物体的固有频率相等时，物体振动振幅最大。录像：共振总结：驱动力的频率等于振子的固有频率时，振子振幅最大，这种现象叫做共振。三、共振⒈定义：驱动力的频率接近物体的固有频率时，受迫振动的振幅增大，这种现象叫共振。⒉共振的应用和防止⑴原理：在需要利用共振时，应使驱动力频率接近或等于振动物体的固有频率；在需要防止共振时，应 使驱动力频率与振动物体的固有频率相差越大越好。⑵应用：共振筛、音箱等⑶防止：火车过桥慢开，控制机器转速等。1906年，俄国军队通过彼得堡附近大桥时，由于齐步走，使大桥共振而断裂。为防止类似惨剧再次发生，后来规定行军过桥不准齐步走。1992 年5月，法国科西嘉岛举办一场足球赛，当两队队员入场时，临时看台上的观众欢呼、跳跃，看台受到人群驱动力的频率等于自己的固有频率，发生共振，“哗啦啦”一下全部倒塌，造成几十人死亡，800多人受伤的特大事故。布置作业：阅读教材振幅位置振幅位置 平衡位置平衡位置 平衡位置 振幅位置振幅位置E pmEpEkEkmEk EpE pm总机械能E pm＝ Ep＋Ek ＝ Ekm