高中物理第11章第5節(jié)外力作用下的振動課件新人教版選修3-4.ppt

第五節(jié) 外力作用下的振動,課前自主學(xué)案,核心要點突破,課堂互動講練,課標(biāo)定位,知能優(yōu)化訓(xùn)練,第五節(jié) 外力作用下的振動,課標(biāo)定位 學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.了解受迫振動、阻尼振動、固有頻率的概念 2知道受迫振動的頻率由驅(qū)動力的頻率決定 3了解共振概念，知道發(fā)生共振的條件 重點難點：1.決定受迫振動頻率的因素及發(fā)生共振的條件 2受迫振動中振幅隨驅(qū)動力頻率變化的關(guān)系,課前自主學(xué)案,一、固有振動和固有頻率 如果振動系統(tǒng)不受_的作用，此時的振動叫做固有振動，此時的振動頻率叫固有頻率 二、阻尼振動 1阻力作用下的振動變化：當(dāng)振動系統(tǒng)受到阻力的作用時，振動受到了_系統(tǒng)克服_的作用要做功，消耗_，因而_減小，最后停下來,外力,阻尼,阻尼,機械能,振幅,2阻尼振動：指_逐漸減小的振動振動系統(tǒng)受到的阻尼越大，振幅減小得越_ 3實際振動的理想化：當(dāng)阻尼很小時，在不太長的時間內(nèi)看不出振幅明顯減小，于是可以把它當(dāng)成_來處理,振幅,快,簡諧運動,三、受迫振動 1持續(xù)振動的獲得 實際的振動由于阻尼作用最終要停下來，要維持系統(tǒng)的持續(xù)振動，辦法是使_的外力作用于振動系統(tǒng)，外力對系統(tǒng)做_功，補償系統(tǒng)的_ 2驅(qū)動力：作用于振動系統(tǒng)的_的外力,周期性,正,能量損耗,周期性,3受迫振動：振動系統(tǒng)在_作用下的振動 4受迫振動的頻率 做受迫振動的系統(tǒng)振動穩(wěn)定后，其振動頻率等于_的頻率，與系統(tǒng)的_無關(guān),驅(qū)動力,驅(qū)動力,固有頻率,四、共振 1共振：驅(qū)動力的頻率_系統(tǒng)的固有頻率時，受迫振動的振幅最大聲音的共振現(xiàn)象叫做_ 2共振的應(yīng)用與防止：在需要利用共振的時候，應(yīng)使驅(qū)動力的頻率盡可能接近振動系統(tǒng)的_；在防止共振時，驅(qū)動力頻率與振動系統(tǒng)的固有頻率相差的越_越好,等于,共鳴,固有頻率,大,核心要點突破,一、簡諧運動、阻尼振動與受迫振動的區(qū)別 簡諧運動是一種理想化的模型，物體運動過程中的一切阻力都不考慮；阻尼振動卻考慮阻力的影響，是更實際的一種運動；而受迫振動則是物體做阻尼振動時受到周期性驅(qū)動力作用下的振動三者對比列表如下：,特別提醒：(1)阻尼振動中振幅雖逐漸減小，但振動的頻率不會變化，此頻率稱為固有頻率，由振動系統(tǒng)決定 (2)受迫振動中，若驅(qū)動力給系統(tǒng)補充的能量與系統(tǒng)因振動阻尼消耗的能量相等，物體做等幅振動，但此振動不是簡諧運動,即時應(yīng)用(即時突破，小試牛刀) 1一單擺做阻尼振動，則在振動過程中( ) A振幅越來越小，周期也越來越小 B振幅越來越小，周期不變 C在振動過程中，通過某一位置時，機械能始終不變 D在振動過程中，機械能不守恒,解析：選BD.因單擺做阻尼振動，根據(jù)阻尼振動的定義可知，其振幅越來越小而單擺振動過程中的周期是其固有周期，是由本身條件決定的，是不變的，故A項錯誤，B項正確；又因單擺在阻尼振動過程中，振幅逐漸減小，振動的能量也在減少，即機械能在減少，所以C項錯，D項對,二、對共振的理解 1對共振條件的理解 因為周期性的驅(qū)動力跟振動“合拍”時，每個周期內(nèi)驅(qū)動力做的功都是正功，都用來增大振動系統(tǒng)的能量，所以振幅越來越大，直到驅(qū)動力做功供給振動系統(tǒng)的能量等于克服摩擦阻力消耗的能量，振幅才不再增大，即達到最大振幅當(dāng)驅(qū)動力不跟振動“合拍”時，驅(qū)動力做的功有一部分是負功，因而振動系統(tǒng)從驅(qū)動力得到的能量比“合拍”時少，振幅也就比“合拍”時小,2對共振曲線的認識 (1)理解兩軸意義： 縱軸：受迫振動的振幅， 如圖1151所示 橫軸：驅(qū)動力的頻率 (2)f的意義：固有頻率 (3)認識曲線形狀，ff，共振；ff或ff，振幅較小；相差越大，振幅越小,圖1151,即時應(yīng)用(即時突破，小試牛刀) 2. (2011年南京高二檢測)如圖1152表示一彈簧振子做受迫振動時的振幅與驅(qū)動力頻率的關(guān)系，由圖可知( ),圖1152,A驅(qū)動力頻率為f2時，振子處于共振狀態(tài) B驅(qū)動力頻率為f3時，振子振動頻率為f3 C假如讓振子自由振動，它的頻率為f2 D振子做自由振動時，頻率可以為f1、f2、f3 答案：ABC,課堂互動講練,如圖1153所示是一個彈簧振子做阻尼振動的振動圖象，曲線上A、B兩點的連線與橫軸平行，下列說法正確的是( ),圖1153,A振子在A時刻的動能等于B時刻的動能 B振子在A時刻的勢能等于B時刻的勢能 C振子在A時刻的機械能等于B時刻的機械能 D振子在A時刻的機械能大于B時刻的機械能 【精講精析】 由于彈簧振子做阻尼振動，所以A時刻的機械能大于B時刻的機械能，選項C錯，D對；由于彈簧的彈性勢能與彈簧的形變量(即位移)有關(guān)，所以選項B對；振子在A時刻的動能大于B時刻的動能，選項A錯,【答案】 BD 【題后反思】 只有正確理解阻尼振動，才能解答本題做阻尼振動的物體，由于克服阻力做功，所以機械能會逐漸減少，但在機械能減少的過程中，動能和勢能還會交替變化,變式訓(xùn)練1 單擺在空氣中做阻尼振動，下列說法中正確的是( ) A位移逐漸減小 B速度逐漸減小 C動能逐漸減小 D振動的能量逐漸轉(zhuǎn)化為其他形式的能 答案：D,一砝碼和一輕彈簧構(gòu)成彈簧振子，圖1154甲所示的裝置可用于研究該彈簧振子的受迫振動勻速轉(zhuǎn)動把手時，曲桿給彈簧振子以驅(qū)動力，使振子做受迫振動把手勻速轉(zhuǎn)動的周期就是驅(qū)動力的周期，改變把手勻速轉(zhuǎn)動的速度就可以改變驅(qū)動力的周期若保持把手不動，給砝碼一向下的初速度，砝碼便做簡諧運動，振動圖線如圖,乙所示當(dāng)把手以某一速度勻速轉(zhuǎn)動，受迫振動達到穩(wěn)定時，砝碼的振動圖線如圖丙所示若用T0表示彈簧振子的固有周期，T表示驅(qū)動力的周期，Y表示受迫振動達到穩(wěn)定后砝碼振動的振幅，則( ),圖1154,A由圖線可知T04 s B由圖線可知T08 s C當(dāng)T在4 s附近時，Y顯著增大；當(dāng)T比4 s小得多或大得多時，Y很小 D當(dāng)T在8 s附近時，Y顯著增大；當(dāng)T比8 s小得多或大得多時，Y很小,【精講精析】 圖乙是彈簧振子未加驅(qū)動力時的周期，故由題圖乙圖線讀出的周期為其振動的固有周期，即T04 s圖丙是彈簧振子在驅(qū)動力作用下的振動圖線，做受迫振動的物體，其振動的周期等于驅(qū)動力的周期，即T8 s當(dāng)受迫振動的周期與驅(qū)動力的周期相同時，其振幅最大；周期差別越大，其振動振幅越小由以上分析可知，正確選項為A、C. 【答案】 AC,【方法總結(jié)】 受迫振動的周期和頻率總等于驅(qū)動力的周期和頻率，但驅(qū)動力的頻率越接近物體的固有頻率，振動的振幅越大，相等時振幅最大在處理實際問題時要分清振動的類別，注意區(qū)分固有頻率、受迫振動的頻率和驅(qū)動力的頻率,變式訓(xùn)練2 (2011年江蘇泰州聯(lián)考)如圖1155所示為受迫振動的演示裝置，當(dāng)單擺A振動起來后，通過水平懸繩迫使單擺B、C振動，則下列說法正確的是( ) A只有A、C擺振動周期相等 BA擺的振幅比B擺小 CC擺的振幅比B擺大 DA、B、C三擺的振動周期相等,圖1155,解析：選CD.當(dāng)單擺A振動起來后，單擺B、C做受迫振動，做受迫振動的物體的周期(或頻率)等于驅(qū)動力的周期(或頻率)，選項A錯誤而D正確；當(dāng)物體的固有頻率等于驅(qū)動力的頻率時，發(fā)生共振現(xiàn)象，選項C正確而B錯誤,把一個篩子用四根彈簧支起來，篩子上安一個電動偏心輪，它每轉(zhuǎn)一周，給篩子一個驅(qū)動力，這樣就做成了一個共振篩，如圖1156所示篩子做自由振動時，完成10次全振動用時15 s，在某電壓下，電動偏心輪轉(zhuǎn)速是36 r/min.已知增大電壓可使偏心輪轉(zhuǎn)速提高；增加篩子質(zhì)量，可以增大篩子的固有周期，那么要使篩子的振幅增大，下列做法正確的是( ),A提高輸入電壓 B降低輸入電壓 C增加篩子質(zhì)量 D減小篩子質(zhì)量 【思路點撥】 共振篩的工作原理是利用共振現(xiàn)象，當(dāng)電動偏心輪的轉(zhuǎn)動周期跟篩子的固有周期相等時，就會發(fā)生共振,圖1156,【答案】 AC 【方法總結(jié)】 當(dāng)f驅(qū)f 固時，振幅最大若增大受迫振動