教科版選修34 第一章 第4講 阻尼振動　受迫振動 課件（28張）.pptx

第4講阻尼振動受迫振動 目標定位1 知道阻尼振動和無阻尼振動并能從能量的觀點給予說明 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 理解共振的概念 知道常見共振的應(yīng)用和危害 預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)梳理 識記 點撥 一 阻尼振動1 阻尼振動系統(tǒng)在振動過程中受到的作用 振動逐漸消逝 逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌芰?這種振動叫做振動 2 自由振動 無阻尼振動 系統(tǒng)不受外力作用 也不受任何阻力 只在自身作用下的振動 3 固有頻率 振動的頻率 固有頻率由決定 阻力 振動能量 阻尼 回復(fù)力 自由 系統(tǒng)本身的特征 想一想阻尼振動中 在振幅逐漸減小的過程中 振子的周期如何變化 答案不變 周期與振幅無關(guān) 二 受迫振動1 驅(qū)動力 的外力 2 受迫振動 系統(tǒng)在作用下的振動 3 振動穩(wěn)定后受迫振動的周期總等于的周期 受迫振動穩(wěn)定后的頻率與物體的固有頻率關(guān)系 周期性 驅(qū)動力 驅(qū)動力 沒有 三 共振驅(qū)動力的頻率振動物體的固有頻率時 受迫振動的振幅最大 這種現(xiàn)象叫做 等于 共振 想一想自由振動 受迫振動和共振分別對應(yīng)的周期 或頻率 是什么 答案自由振動對應(yīng)固有周期 或固有頻率 受迫振動對應(yīng)驅(qū)動力的周期 或頻率 而共振對應(yīng)的是驅(qū)動力的周期 或頻率 與固有周期 或頻率 相等 四 共振的應(yīng)用和防止在需要利用共振時 應(yīng)使驅(qū)動力的頻率或振動系統(tǒng)的固有頻率 在需要防止共振時 應(yīng)使驅(qū)動力的頻率振動系統(tǒng)的固有頻率 接近 等于 遠離 課堂講義理解 深化 探究 一 阻尼振動和受迫振動1 阻尼振動是振動系統(tǒng)在阻力的作用下 振幅逐漸減小的振動 說明 阻尼振動中振幅雖逐漸減小 但振動的頻率不會變化 此頻率為固有頻率 由振動系統(tǒng)決定 2 受迫振動是指系統(tǒng)在驅(qū)動力作用下的振動 做受迫振動的物體的振動頻率等于驅(qū)動力的頻率 與物體的固有頻率無關(guān) 說明 受迫振動中 若周期性的驅(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 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 機械能始終不變d 在振動過程中 機械能不守恒 周期不變解析因單擺做阻尼振動 所以振幅越來越小 機械能越來越小 但振動周期不變 bd 例2如圖1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到穩(wěn)定時的頻率為1hz 則把手轉(zhuǎn)動的頻率為 圖1 a 1hzb 3hzc 4hzd 5hz 解析受迫振動的頻率等于驅(qū)動力的頻率 把手轉(zhuǎn)動的頻率為1hz 選項a正確 a 二 對共振的理解1 定義物體做受迫振動時 當驅(qū)動力的頻率等于系統(tǒng)的固有頻率時 振動的振幅最大 這種現(xiàn)象叫共振 2 發(fā)生共振的條件f驅(qū) f固 即驅(qū)動力的頻率等于振動系統(tǒng)的固有頻率 3 共振曲線 如圖2所示 圖2 4 共振的防止與利用 1 利用 由共振的條件知 要利用共振 就應(yīng)盡量使驅(qū)動力的頻率與物體的固有頻率一致 如共振篩 共振轉(zhuǎn)速計等 2 防止 由共振曲線可知 在需要防止共振危害時 要盡量使驅(qū)動力的頻率和固有頻率不相等 而且相差越多越好 如 部隊過橋應(yīng)便步走 說明 共振是物體做受迫振動時的一種特殊現(xiàn)象 例3如圖3所示 在一根張緊的水平繩上懸掛五個擺 其中a e的擺長為l b的擺長為0 5l c的擺長為1 5l d的擺長為2l 先使a振動起來 其他各擺隨后也振動起來 則擺球振動穩(wěn)定后 a d的振幅一定最大b e的振幅一定最大c b的周期一定最短d 四個擺的周期相同 圖3 解析a振動起來后 使得b c d e做受迫振動 振動的頻率都等于a振動的頻率 即各擺振動的周期都相等 選項c錯誤 d正確 由于d與a的擺長相差最大 e與a的擺長相等 所以d的振幅最小 e發(fā)生共振 振幅最大 選項a錯誤 b正確 答案bd 例4如圖4所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 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 振子的振動頻率為f3c 假如讓振子自由振動 它的頻率為f2d 振子做自由振動時 頻率可以為f1 f2 f3 圖4 解析由題圖可知當驅(qū)動力的頻率為f2時 振子的振幅最大 即振子發(fā)生共振現(xiàn)象 故a正確 由共振條件知振子的固有頻率為f2 所以c正確 d錯誤 振子做受迫振動時 振動頻率由驅(qū)動力的頻率決定 故b正確 答案abc 對點練習(xí)鞏固 應(yīng)用 反饋 1 2 3 4 對阻尼振動的理解1 若空氣阻力不可忽略 單擺在偏角很小的擺動中 總是減小的物理量為 a 振幅b 位移c 周期d 機械能 1 2 3 4 解析有空氣阻力時 振動為阻尼振動 振幅不斷減小 機械能也不斷減小 在平衡位置 位移為零 而后位移增大 直至動能為零時位移達到最大 然后位移又減小到零 所以位移不是一直減小 根據(jù)單擺周期公式t 2 l g不變 則t不變 故選項a d正確 答案ad 1 2 3 4 2 如圖5所示是單擺做阻尼運動的位移 時間圖線 下列說法中正確的是 圖5 a 擺球在p與n時刻的勢能相等b 擺球在p與n時刻的動能相等c 擺球在p與n時刻的機械能相等d 擺球在p時刻的機械能小于n時刻的機械能 1 2 3 4 解析由于擺球的勢能大小由其位移和擺球質(zhì)量共同決定 p n兩時刻位移大小相同 所以關(guān)于平衡位置對稱 所以勢能相等 a正確 由于系統(tǒng)機械能在減少 p n勢能相同 則p處動能大于n處動能 所以b c d錯 故正確答案為a 答案a 1 2 3 4 3 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 當振子振動穩(wěn)定后 它的振動周期為 圖6 1 2 3 4 答案b 1 2 3 4 對共振的理解4 一個單擺做受迫振動 其共振曲線 振幅a與驅(qū)動力的頻率f的關(guān)系