【步步高】高中物理 11.5 外力作用下的振動(dòng)課件1 新人教選修34

第十一章機(jī)械振動(dòng)11.5外力作用下的振動(dòng)1.知道什么是阻尼振動(dòng)和無(wú)阻尼振動(dòng)，并能從能量的觀點(diǎn)給予說(shuō)明.2.知道受迫振動(dòng)的概念.知道受迫振動(dòng)的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，而跟振動(dòng)物體的固有頻率無(wú)關(guān).3.理解共振的概念，知道常見的共振的應(yīng)用和危害.學(xué)習(xí)目標(biāo)定位學(xué)習(xí)探究區(qū)一、阻尼振動(dòng)二、受迫振動(dòng)三、共振一、阻尼振動(dòng)問題設(shè)計(jì)在研究彈簧振子和單擺振動(dòng)時(shí)，我們強(qiáng)調(diào)忽略阻力的影響，它們做的振動(dòng)都屬于簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng).而實(shí)際上，在實(shí)驗(yàn)室中讓一個(gè)彈簧振子振動(dòng)起來(lái)，經(jīng)過一段時(shí)間它將停止振動(dòng)，你知道是什么原因造成的嗎？答案阻力阻礙了振子的運(yùn)動(dòng)，使機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.要點(diǎn)提煉對(duì)阻尼振動(dòng)的理解1.系統(tǒng)受到摩擦力或其他阻力作用.系統(tǒng)克服阻尼的作用要消耗，因而振幅，最后停下來(lái)，阻尼振動(dòng)的圖象如圖1所示.一、阻尼振動(dòng)圖1機(jī)械能減小2.能量變化：由于振動(dòng)系統(tǒng)受到摩擦阻力和其他阻力作用，系統(tǒng)的機(jī)械能隨時(shí)間減少，同時(shí)也在逐漸減小.阻尼越小，能量減少越慢，振幅減小越慢；阻尼過大時(shí)，系統(tǒng)將不能發(fā)生振動(dòng).一、阻尼振動(dòng)振幅3.物體做阻尼振動(dòng)時(shí)，振幅雖不斷減小，但振動(dòng)的仍由自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)所決定，并不會(huì)隨振幅的減小而變化.例如：用力敲鑼，由于鑼受到空氣的阻尼作用，振幅越來(lái)越小，鑼聲減弱，但音調(diào)不變.一、阻尼振動(dòng)頻率二、受迫振動(dòng)問題設(shè)計(jì)如圖2所示，當(dāng)彈簧振子自由振動(dòng)時(shí)，振子就會(huì)慢慢地停下來(lái)，怎樣才能使振子能夠持續(xù)振動(dòng)下去？圖2答案有外力作用于彈簧振子.要點(diǎn)提煉1.受迫振動(dòng)加在振動(dòng)系統(tǒng)上的外力，叫做驅(qū)動(dòng)力.系統(tǒng)在驅(qū)動(dòng)力作用下的振動(dòng)叫做受迫振動(dòng).2.受迫振動(dòng)的周期和頻率物體做受迫振動(dòng)時(shí)，振動(dòng)穩(wěn)定后的頻率等于的頻率，跟系統(tǒng)的固有頻率(填“有關(guān)”或“無(wú)關(guān)”).二、受迫振動(dòng)周期性驅(qū)動(dòng)力無(wú)關(guān)三、共振問題設(shè)計(jì)你知道部隊(duì)過橋時(shí)為什么要便步走嗎？答案防止共振現(xiàn)象發(fā)生.三、共共振要點(diǎn)提提煉1.共振的的條件件驅(qū)動(dòng)力力的頻頻率與與系統(tǒng)統(tǒng)的相相等，，即f驅(qū)＝.2.共振曲曲線如圖3所示，，共振振曲線線的橫橫坐標(biāo)標(biāo)為驅(qū)驅(qū)動(dòng)力的頻頻率，，縱坐坐標(biāo)為為受迫迫振動(dòng)動(dòng)系統(tǒng)統(tǒng)的振幅.三、共共振圖3固有頻頻率f固由共振振曲線線可知知，當(dāng)當(dāng)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力的的頻率率與系系統(tǒng)的的固有有頻率率相等等時(shí)，，受迫迫振動(dòng)動(dòng)的振振幅.3.共振的的利用用與防防止(1)利用：：由共共振的的條件件知，，要利利用共共振，，就應(yīng)應(yīng)盡量量使驅(qū)驅(qū)動(dòng)力力的頻頻率與與系統(tǒng)統(tǒng)的固固有頻頻率一一致.如：共共振篩篩、蕩蕩秋千千、共共振轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速計(jì)計(jì)等.三、共共振最大(2)防止：：由共共振曲曲線可可知，，在需需要防防止共共振危危害時(shí)時(shí)，要要盡量量使驅(qū)驅(qū)動(dòng)力力的頻頻率與與系統(tǒng)統(tǒng)的固固有頻頻率不不相等等，而而且相相差越越大越越好.如：部部隊(duì)過過橋應(yīng)應(yīng)便步步走，，火車車過橋橋要減減速等等.三、共共振三、共共振4.固有振振動(dòng)、、受迫迫振動(dòng)動(dòng)和共共振的的比較較

振動(dòng)類型比較項(xiàng)目固有振動(dòng)受迫振動(dòng)共振受力情況僅受回復(fù)力

作用周期性驅(qū)動(dòng)力作用周期性性驅(qū)動(dòng)力三、共共振振動(dòng)周期或頻率由系統(tǒng)

決定，即固有周期或固有頻率由

決定，即T＝

或f＝

T驅(qū)＝

或f驅(qū)＝

振動(dòng)能量振動(dòng)物體的機(jī)械能

由產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力的物體提供振動(dòng)物體獲得的能量最大本身性性質(zhì)驅(qū)動(dòng)力力的周周期或頻率率T驅(qū)f驅(qū)T固f固不變(或守恒恒)三、共共振常見例子彈簧振子或單擺機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)底座發(fā)生的振動(dòng)共振篩、聲音的共鳴等一、對(duì)對(duì)阻尼尼振動(dòng)動(dòng)的理理解典例精精析例1一單擺擺做阻阻尼振振動(dòng)，，則在在振動(dòng)動(dòng)過程程中()A.振幅越越來(lái)越越小，，周期期也越越來(lái)越越小B.振幅越越來(lái)越越小，，周期期不變變C.在振動(dòng)動(dòng)過程程中，，通過過某一一位置置時(shí)，，機(jī)械械能始始終不不變D.在振動(dòng)動(dòng)過程程中，，機(jī)械械能不不守恒恒解析該該題題考查查阻尼尼振動(dòng)動(dòng)的能能量和和周期期.因單擺擺做阻阻尼振振動(dòng)，，所以以振幅幅越來(lái)來(lái)越小小，機(jī)機(jī)械能能越來(lái)來(lái)越小小，振振動(dòng)周周期不不變.BD二、對(duì)對(duì)受迫迫振動(dòng)動(dòng)的理理解典例精精析例2如圖4所示，，把兩兩個(gè)彈彈簧振振子懸掛在在同一一支架架上，，已知知甲彈彈簧振振子的固固有頻頻率為為9Hz，乙彈彈簧振振子的固有有頻率率為72Hz，當(dāng)支支架在在受到到豎直方方向且且頻率率為9Hz的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力作作用做做受迫迫振動(dòng)動(dòng)時(shí)，，則兩兩個(gè)彈彈簧振振子的的振動(dòng)動(dòng)情況況是()圖4二、對(duì)對(duì)受迫迫振動(dòng)動(dòng)的理理解典例精精析A.甲的振振幅較較大，，且振振動(dòng)頻頻率為為18HzB.甲的振振幅較較大，，且振振動(dòng)頻頻率為為9HzC.乙的振振幅較較大，，且振振動(dòng)頻頻率為為9HzD.乙的振振幅較較大，，且振振動(dòng)頻頻率為為72Hz解析根根據(jù)據(jù)受迫迫振動(dòng)動(dòng)發(fā)生生共振振的條條件可可知甲甲的振振幅較較大，，因?yàn)闉榧椎牡墓逃杏蓄l率率等于于驅(qū)動(dòng)動(dòng)力的的頻率率，做做受迫迫振動(dòng)動(dòng)的物物體的的頻率率等于于驅(qū)動(dòng)動(dòng)力的的頻率率，所所以B選項(xiàng)正正確.答案B典例精精析三、對(duì)對(duì)共振振的理理解例3如圖5所示為為受迫迫振動(dòng)動(dòng)的演演示裝裝置，，當(dāng)單擺擺A振動(dòng)起起來(lái)后后，通通過水水平懸懸繩迫迫使單擺擺B、C振動(dòng)，，則下下列說(shuō)說(shuō)法正正確的的是()A.只有A、C擺振動(dòng)動(dòng)周期期相等等B.A擺的振振幅比比B擺的小小C.B擺的振振幅比比C擺的大大D.A、B、C三擺的的振動(dòng)動(dòng)周期期相等等圖5典例精精析三、對(duì)對(duì)共振振的理理解解析當(dāng)單單擺A振動(dòng)起來(lái)后后，單擺B、C做受迫振動(dòng)動(dòng)，做受迫迫振動(dòng)的物物體的周期期(或頻率)等于驅(qū)動(dòng)力力的周期(或頻率)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，D正確；當(dāng)物體的固固有頻率等等于驅(qū)動(dòng)力力的頻率時(shí)時(shí)，發(fā)生共共振現(xiàn)象，，選項(xiàng)B、C錯(cuò)誤.故正確答案案為D.答案D典例精析三、對(duì)共振振的理解例4一個(gè)單擺做做受迫振動(dòng)動(dòng)，其共振振曲線(振幅A與驅(qū)動(dòng)力的的頻率f的關(guān)系)如圖6所示，則()A.此單擺的固固有周期約約為0.5sB.此單擺的擺擺長(zhǎng)約為1mC.若擺長(zhǎng)增大大，單擺的的固有頻率率增大D.若擺長(zhǎng)增大大，共振曲曲線的峰將將向右移動(dòng)動(dòng)圖6典例精析三、對(duì)共振振的理解解析由共共振條件知知單擺固有有頻率為f＝0.5Hz，則其固有有周期為T＝＝＝2s，選項(xiàng)A錯(cuò)；由單擺周期期公式T＝2π，可求得單單擺擺長(zhǎng)為為l＝≈1m，選項(xiàng)B對(duì)；擺長(zhǎng)增大，，單擺的周周期變大，，其固有頻頻率變小，，共振曲線線的峰將向向左移動(dòng)，，選項(xiàng)C、D錯(cuò).答案B課堂要點(diǎn)小小結(jié)外力作用下下的振動(dòng)阻尼振動(dòng)受迫振動(dòng)驅(qū)動(dòng)力受迫振動(dòng)的的頻率共振條件特點(diǎn)自我檢測(cè)區(qū)區(qū)12341231.(對(duì)阻尼振動(dòng)動(dòng)的理解)做阻尼振動(dòng)動(dòng)的振子哪哪些物理量量在減小()A.機(jī)械能B.振幅C.周期D.頻率AB42.(對(duì)受迫振動(dòng)動(dòng)的理解)如圖7所示，曲軸軸上懸掛一彈簧振子子，轉(zhuǎn)動(dòng)搖搖把，曲軸軸可以帶動(dòng)動(dòng)彈簧振子上下振動(dòng)動(dòng).開始時(shí)不轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)搖把，，讓振子上上下自由振動(dòng)，測(cè)測(cè)得振動(dòng)頻頻率為2Hz，然后勻速速轉(zhuǎn)動(dòng)搖把，轉(zhuǎn)速速為240r/min，當(dāng)振子振振動(dòng)穩(wěn)定后后，它的振振動(dòng)周期為為()A.sB.s C.2sD.4s圖7解析受迫迫振動(dòng)的周周期等于驅(qū)驅(qū)動(dòng)力的周周期，故T＝s＝s.B12343.(阻尼振動(dòng)中中的能量)如圖8所示是一個(gè)個(gè)水平彈簧簧振子做阻阻尼振動(dòng)的的振動(dòng)圖象象，曲線上上A、B兩點(diǎn)連線與與橫軸平行行，下列說(shuō)說(shuō)法正確的的是()圖81234A.振子在A時(shí)刻的動(dòng)能能等于B時(shí)刻的動(dòng)能能B.振子在A時(shí)刻的勢(shì)能能大于B時(shí)刻的勢(shì)能能C.振子在A時(shí)刻的機(jī)械械能等于B時(shí)刻的機(jī)械械能D.振子在A時(shí)刻的機(jī)械械能大于B時(shí)刻的機(jī)械械能解析由于于彈簧振子子做阻尼振振動(dòng)，所以以A時(shí)刻的機(jī)械械能大于B時(shí)刻的機(jī)械械能，C錯(cuò)，D對(duì)；1234由于彈簧的的彈性勢(shì)能能僅與彈簧簧的形變量量(即振子的位位移)有關(guān)，A、B時(shí)刻彈簧的的形變量相相等，故勢(shì)勢(shì)能相等，，所以B錯(cuò)；通過上述分分析可知振振子在A時(shí)刻的動(dòng)能能大于B時(shí)刻的動(dòng)能能，A錯(cuò).答案D12344.(對(duì)共振的理理解)如圖9所示為兩個(gè)個(gè)單擺做受迫振動(dòng)的的共振曲線線，則下列列說(shuō)法正確確的是()A.兩個(gè)單擺擺的固有有周期之之比為TⅠ∶TⅡ＝2∶5B.若兩個(gè)受受迫振動(dòng)動(dòng)在地球球上同一一地點(diǎn)進(jìn)進(jìn)行，則則兩個(gè)擺擺長(zhǎng)之比為lⅠ∶lⅡ＝4∶25圖91234C.圖線Ⅱ若是在地地面上完完成的，，則該擺擺擺長(zhǎng)約約為1mD.若兩個(gè)受受迫振動(dòng)動(dòng)分別在在月球上上和地球球上進(jìn)行行，且擺擺長(zhǎng)相等，則則圖線Ⅱ是月球上上的單擺擺的共振振曲線解析由由共振曲曲線及共共振的條條件可知知，Ⅰ和Ⅱ的固有頻頻率分別別為0.2Hz和