2019-2020年高中物理《简谐运动的回复力和能量》教案5 新人教版选修3-4.doc

2019-2020年高中物理简谐运动的回复力和能量教案5 新人教版选修3-4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、振动中的能量转化动能、势能的变化弹簧振子和单摆动能和势能转化简表：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 EpEk Ekm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。 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。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 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。 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。共振的应用和防止原理：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。应用：共振筛、音箱等防止：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