人教版版選修34 外力作用下的振動 課件（29張）.pptx

第十一章 5外力作用下的振動 學(xué)習(xí)目標(biāo)1 知道什么是阻尼振動和無阻尼振動 并能從能量的觀點(diǎn)給予說明 2 知道受迫振動的概念 知道受迫振動的頻率等于驅(qū)動力的頻率 而跟振動物體的固有頻率無關(guān) 3 知道共振以及發(fā)生共振的條件 知道共振的應(yīng)用和防止的實(shí)例 內(nèi)容索引 知識探究 題型探究 達(dá)標(biāo)檢測 知識探究 一 阻尼振動 在研究彈簧振子和單擺振動時(shí) 我們強(qiáng)調(diào)忽略阻力的影響 它們做的振動都屬于簡諧運(yùn)動 而實(shí)際上 在實(shí)驗(yàn)室中讓一個(gè)彈簧振子振動起來 經(jīng)過一段時(shí)間它將停止振動 你知道是什么原因造成的嗎 答案 答案阻力阻礙了振子的運(yùn)動 使機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 1 固有振動如果振動系統(tǒng)不受的作用 此時(shí)的振動叫做固有振動 其振動頻率稱為 2 阻尼振動 1 系統(tǒng)受到摩擦力或其他阻力的作用時(shí) 我們說振動受到了阻尼 系統(tǒng)克服阻尼的作用要消耗 因而振幅 最后停下來 阻尼振動的圖象如圖1所示 圖1 外力 固有頻率 機(jī)械能 減小 2 阻尼振動的振幅不斷減小 系統(tǒng)的機(jī)械能不斷減少 但阻尼振動的頻率不變 其頻率為固有頻率 由系統(tǒng)本身決定 例如 用力敲鑼 由于鑼受到空氣的阻尼作用 振幅越來越小 鑼聲減弱 但音調(diào)不變 答案有周期性外力作用于彈簧振子 二 受迫振動 如圖2所示 當(dāng)彈簧振子自由振動時(shí) 振子就會慢慢地停下來 怎樣才能使振子能夠持續(xù)振動下去 圖2 答案 1 受迫振動加在振動系統(tǒng)上的的外力 叫做驅(qū)動力 系統(tǒng)在驅(qū)動力作用下的振動叫做受迫振動 2 受迫振動的周期和頻率做受迫振動的物體振動穩(wěn)定后 其振動頻率等于的頻率 跟系統(tǒng)的固有頻率 填 有關(guān) 或 無關(guān) 周期性 驅(qū)動力 無關(guān) 你知道部隊(duì)過橋時(shí)為什么要便步走嗎 三 共振 答案防止共振現(xiàn)象發(fā)生 答案 1 共振的條件驅(qū)動力的頻率與系統(tǒng)的相等 即f驅(qū) 2 共振曲線如圖3所示 共振曲線的橫坐標(biāo)為驅(qū)動力的頻率 縱坐標(biāo)為受迫振動系統(tǒng)的振幅 當(dāng)驅(qū)動力的頻率與系統(tǒng)的固有頻率相等時(shí) 受迫振動的振幅 固有頻率 f固 最大 圖3 3 共振的利用與防止 1 利用 在應(yīng)用共振時(shí) 使驅(qū)動力頻率振動系統(tǒng)的固有頻率 如 共振篩 蕩秋千 共振轉(zhuǎn)速計(jì)等 2 防止 在防止共振時(shí) 使驅(qū)動力的頻率與系統(tǒng)的固有頻率 如 部隊(duì)過橋應(yīng)便步走 火車過橋要減速等 接近或等于 相差越大 越好 4 固有振動 受迫振動和共振的比較 周期性驅(qū)動力 本身性質(zhì) 驅(qū)動力的周期或 頻率 t驅(qū) f驅(qū) t固 f固 不變 或守恒 題型探究 一 對阻尼振動的理解 例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(shí) 機(jī)械能始終不變d 在振動過程中 機(jī)械能不守恒 解析 答案 解析因單擺做阻尼振動 所以振幅越來越小 機(jī)械能越來越小 振動周期不變 二 對受迫振動的理解 例2如圖4所示的裝置 彈簧振子的固有頻率是4hz 現(xiàn)勻速轉(zhuǎn)動把手 給彈簧振子以周期性的驅(qū)動力 測得彈簧振子振動達(dá)到穩(wěn)定時(shí)的頻率為1hz 則把手轉(zhuǎn)動的頻率為a 1hzb 3hzc 4hzd 5hz 圖4 解析 答案 解析受迫振動的頻率等于驅(qū)動力的頻率 故選a 例3關(guān)于共振的防止和利用 應(yīng)做到a 利用共振時(shí) 應(yīng)使驅(qū)動力的頻率接近或等于振動物體的固有頻率b 利用共振時(shí) 應(yīng)使驅(qū)動力的頻率大于或小于振動物體的固有頻率c 防止共振危害時(shí) 應(yīng)盡量使驅(qū)動力頻率接近或等于振動物體的固有頻率d 防止共振危害時(shí) 應(yīng)盡量使驅(qū)動力頻率遠(yuǎn)離振動物體的固有頻率 三 對共振的理解 解析受迫振動的頻率等于驅(qū)動力的頻率 所以利用共振時(shí) 應(yīng)使驅(qū)動力的頻率接近或等于振動物體的固有頻率 故a正確 b錯(cuò)誤 防止共振危害時(shí) 應(yīng)盡量使驅(qū)動力頻率遠(yuǎn)離振動物體的固有頻率 故c錯(cuò)誤 d正確 解析 答案 例4一個(gè)單擺做受迫振動 其共振曲線 振幅a與驅(qū)動力的頻率f的關(guān)系 如圖5所示 則a 此單擺的固有周期約為0 5sb 此單擺的擺長約為1mc 若擺長增大 單擺的固有頻率增大d 若擺長增大 共振曲線的峰將向右移動 解析 答案 圖5 擺長增大 單擺的周期變大 其固有頻率變小 共振曲線的峰將向左移動 選項(xiàng)c d錯(cuò) 達(dá)標(biāo)檢測 1 對阻尼振動的理解 做阻尼振動的振子哪些物理量在減小a 機(jī)械能b 振幅c 周期d 頻率 答案 1 2 3 4 2 對受迫振動的理解 如圖6所示 曲軸上懸掛一彈簧振子 轉(zhuǎn)動搖把 曲軸可以帶動彈簧振子上下振動 開始時(shí)不轉(zhuǎn)動搖把 讓振子上下自由振動 測得振動頻率為2hz 然后勻速轉(zhuǎn)動搖把 轉(zhuǎn)速為240r min 當(dāng)振子振動穩(wěn)定后 它的振動周期為 答案 解析 解析受迫振動的周期等于驅(qū)動力的周期 故t 1 2 3 4 圖6 3 阻尼振動中的能量 如圖7所示是一個(gè)水平彈簧振子做阻尼振動的振動圖象 曲線上a b兩點(diǎn)連線與橫軸平行 下列說法正確的是a 振子在a時(shí)刻的動能等于b時(shí)刻的動能b 振子在a時(shí)刻的勢能大于b時(shí)刻的勢能c 振子在a時(shí)刻的機(jī)械能等于b時(shí)刻的機(jī)械能d 振子在a時(shí)刻的機(jī)械能大于b時(shí)刻的機(jī)械能 圖7 答案 解析 1 2 3 4 1 2 3 4 解析由于彈簧振子做阻尼振動 所以a時(shí)刻的機(jī)械能大于b時(shí)刻的機(jī)械能 c錯(cuò) d對 由于彈簧的彈性勢能僅與彈簧的形變量 即振子的位移 有關(guān) a b時(shí)刻彈簧的形變量相等 故勢能相等 所以b錯(cuò) 通過上述分析可知振子在a時(shí)刻的動能大于b時(shí)刻的動能 a錯(cuò) 4 對共振的理解 一砝碼和一輕彈簧構(gòu)成彈簧振子 圖8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(shí) 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(yùn)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(dá)到穩(wěn)定時(shí) 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(dá)到穩(wěn)定后砝碼振動的振幅 則 圖8 1 2 3 4 a 由圖線可知t0 4sb 由圖線可知t0 8sc 當(dāng)t在4s附近時(shí) y顯著增大 當(dāng)t比4s小得多或大得多時(shí) y很小d 當(dāng)t在8s附近時(shí) y顯著增大 當(dāng)t比8s小得多或大得多時(shí) y很小 答案 解析 1 2 3 4 解析題圖乙是彈簧振子未加驅(qū)動力時(shí)振動的圖線 故由