高中 · 拓展 · 受迫振动
轻推,为什么能摆得很大?
线性阻尼振子,展示稳态而非启动增长。慢慢扫过驱动频率,寻找振幅的山峰。
共振台:问题从哪里来?
瑞利《声学理论》将振动、声波和数学模型联系起来。共振强调持续驱动的频率匹配,不能把它等同于已有单摆的自由摆动。
读一段背景,带着问题动手
从观察到解释
把证据带回纸上
展开关系与推导
稳态振幅A=(F/m)/√[(ω₀²−ω²)²+(2ζω₀ω)²];有阻尼时位移峰值频率不必等于ω₀。
固定哪些量?改变哪个量?列出两组数值,写出关系,再说明一个不能套用的条件。实验支持猜想,一般证明需要理由。
先预测,再用证据解释
把这次发现,留给下次的自己
频率接近固有频率时,看看阻尼的作用。
换个条件,再试一次
无阻尼且精确共振,有限稳态振幅还存在吗?
看哪里?
旋转查看装置连接与相对位置。用装置旁滑块改变条件,二维、三维和读数来自同一状态;尺寸为示意。
仅此浏览器保存最近两组,第三组替换最早一组。条件、预测和解释一起保存;文字不自动判分。与原实验的临时记录分别保存。
尚未保存。启用交互后可以记录;请勿在这里填写个人身份信息。
先修与两种探索深度
先认识受迫振动涉及的量与单位:驱动频率(Hz)、固有频率(Hz)、阻尼比(无量纲)、质量(kg)、驱动力振幅(N)、相位时间(s)。高中 · 拓展为内容层次提示,未核对具体教材。
先看现象:慢慢扫过驱动频率,寻找振幅的山峰。
再做定量:保持其他条件,比较驱动频率与稳态振幅(m),再对照下方关系。
模型、来源与核验边界
稳态振幅A=(F/m)/√[(ω₀²−ω²)²+(2ζω₀ω)²];有阻尼时位移峰值频率不必等于ω₀。
对照核验提示:离开峰值:驱动0.5 Hz;接近共振:驱动1 Hz,保留阻尼。按这些题设自己操作并比较稳态振幅,不把参考情景当个人完成。
适用范围:稳态解;阻尼越大峰越宽。位移显示限幅,不改变数值。
MacTutor · Rayleigh(延伸阅读;链接和公式适用性尚需逐项外部复核) ↗
本页为模型探索,未认证具体教材章节;真实学生和教师反馈尚待推广后收集。