高中物理 第11章 第5節(jié)外力作用下的振動(dòng)課件 新人教版選修3-4

1、高中物理選修高中物理選修3-43-4課件課件第五節(jié)外力作用下的振動(dòng)第五節(jié)外力作用下的振動(dòng)高中物理選修高中物理選修3-43-4課件課件課前自主學(xué)案課前自主學(xué)案核心要點(diǎn)突破核心要點(diǎn)突破課堂互動(dòng)講練課堂互動(dòng)講練課標(biāo)定位課標(biāo)定位知能優(yōu)化訓(xùn)練知能優(yōu)化訓(xùn)練第五節(jié)外力作用下的振動(dòng)第五節(jié)外力作用下的振動(dòng)高中物理選修高中物理選修3-43-4課件課件課標(biāo)定位學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.了解受迫振動(dòng)、阻尼振動(dòng)、固有頻率的概念2知道受迫振動(dòng)的頻率由驅(qū)動(dòng)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(diǎn)難點(diǎn)：1.決定受迫振動(dòng)頻率的因素及發(fā)生共振的條件2受迫振動(dòng)中振幅隨驅(qū)動(dòng)力頻率變化的關(guān)系高中物理選修高中物理選修3-43-4課件課件課

2、前自主學(xué)案課前自主學(xué)案一、固有振動(dòng)和固有頻率一、固有振動(dòng)和固有頻率如果振動(dòng)系統(tǒng)不受如果振動(dòng)系統(tǒng)不受_的作用，此時(shí)的振動(dòng)叫的作用，此時(shí)的振動(dòng)叫做固有振動(dòng)，此時(shí)的振動(dòng)頻率叫固有頻率做固有振動(dòng)，此時(shí)的振動(dòng)頻率叫固有頻率二、阻尼振動(dòng)二、阻尼振動(dòng)1阻力作用下的振動(dòng)變化：當(dāng)振動(dòng)系統(tǒng)受到阻力阻力作用下的振動(dòng)變化：當(dāng)振動(dòng)系統(tǒng)受到阻力的作用時(shí)，振動(dòng)受到了的作用時(shí)，振動(dòng)受到了_系統(tǒng)克服系統(tǒng)克服_的作用要做功，消耗的作用要做功，消耗_，因而，因而_減減小，最后停下來(lái)小，最后停下來(lái)外力外力阻尼阻尼阻尼阻尼機(jī)械能機(jī)械能振幅振幅高中物理選修高中物理選修3-43-4課件課件2阻尼振動(dòng)：指_逐漸減小的振動(dòng)振動(dòng)系統(tǒng)受到的阻尼越

3、大，振幅減小得越_3實(shí)際振動(dòng)的理想化：當(dāng)阻尼很小時(shí)，在不太長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)看不出振幅明顯減小，于是可以把它當(dāng)成_來(lái)處理振幅振幅快快簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)高中物理選修高中物理選修3-43-4課件課件三、受迫振動(dòng)1持續(xù)振動(dòng)的獲得實(shí)際的振動(dòng)由于阻尼作用最終要停下來(lái)，要維持系統(tǒng)的持續(xù)振動(dòng)，辦法是使_的外力作用于振動(dòng)系統(tǒng)，外力對(duì)系統(tǒng)做_功，補(bǔ)償系統(tǒng)的_2驅(qū)動(dòng)力：作用于振動(dòng)系統(tǒng)的_的外力周期性周期性正正能量損耗能量損耗周期性周期性高中物理選修高中物理選修3-43-4課件課件3受迫振動(dòng)：振動(dòng)系統(tǒng)在_作用下的振動(dòng)4受迫振動(dòng)的頻率做受迫振動(dòng)的系統(tǒng)振動(dòng)穩(wěn)定后，其振動(dòng)頻率等于_的頻率，與系統(tǒng)的_無(wú)關(guān)驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)力固有

4、頻率固有頻率高中物理選修高中物理選修3-43-4課件課件四、共振1共振：驅(qū)動(dòng)力的頻率_系統(tǒng)的固有頻率時(shí)，受迫振動(dòng)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(shí)候，應(yīng)使驅(qū)動(dòng)力的頻率盡可能接近振動(dòng)系統(tǒng)的_；在防止共振時(shí)，驅(qū)動(dòng)力頻率與振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率相差的越_越好等于等于共鳴共鳴固有頻率固有頻率大大高中物理選修高中物理選修3-43-4課件課件核心要點(diǎn)突破核心要點(diǎn)突破一、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)、阻尼振動(dòng)與受迫振動(dòng)的區(qū)別一、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)、阻尼振動(dòng)與受迫振動(dòng)的區(qū)別簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是一種理想化的模型，物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是一種理想化的模型，物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的一切阻力都不考慮；阻尼振動(dòng)卻考慮阻力的影的一切阻力都

5、不考慮；阻尼振動(dòng)卻考慮阻力的影響，是更實(shí)際的一種運(yùn)動(dòng)；而受迫振動(dòng)則是物體響，是更實(shí)際的一種運(yùn)動(dòng)；而受迫振動(dòng)則是物體做阻尼振動(dòng)時(shí)受到周期性驅(qū)動(dòng)力作用下的振做阻尼振動(dòng)時(shí)受到周期性驅(qū)動(dòng)力作用下的振動(dòng)三者對(duì)比列表如下：動(dòng)三者對(duì)比列表如下：高中物理選修高中物理選修3-43-4課件課件振動(dòng)類型比較項(xiàng)目簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)阻尼振動(dòng)受迫振動(dòng)產(chǎn)生條件不受阻力作用受阻力作用受阻力和驅(qū)動(dòng)力作用頻率固有頻率固有頻率驅(qū)動(dòng)力頻率振幅不變減少大小變化不確定高中物理選修高中物理選修3-43-4課件課件振動(dòng)類型比較項(xiàng)目簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)阻尼振動(dòng)受迫振動(dòng)振動(dòng)圖象形狀不確定實(shí)例彈簧振子振動(dòng)，單擺做小角度擺動(dòng)敲鑼打鼓發(fā)出的聲音越來(lái)越弱，是因振幅越來(lái)越小揚(yáng)

6、聲器紙盆振動(dòng)發(fā)聲，鐘擺的擺動(dòng)高中物理選修高中物理選修3-43-4課件課件特別提醒：(1)阻尼振動(dòng)中振幅雖逐漸減小，但振動(dòng)的頻率不會(huì)變化，此頻率稱為固有頻率，由振動(dòng)系統(tǒng)決定(2)受迫振動(dòng)中，若驅(qū)動(dòng)力給系統(tǒng)補(bǔ)充的能量與系統(tǒng)因振動(dòng)阻尼消耗的能量相等，物體做等幅振動(dòng)，但此振動(dòng)不是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)高中物理選修高中物理選修3-43-4課件課件即時(shí)應(yīng)用(即時(shí)突破，小試牛刀)1一單擺做阻尼振動(dòng)，則在振動(dòng)過(guò)程中()A振幅越來(lái)越小，周期也越來(lái)越小B振幅越來(lái)越小，周期不變C在振動(dòng)過(guò)程中，通過(guò)某一位置時(shí)，機(jī)械能始終不變D在振動(dòng)過(guò)程中，機(jī)械能不守恒高中物理選修高中物理選修3-43-4課件課件解析：選BD.因單擺做阻尼振動(dòng)，根據(jù)

7、阻尼振動(dòng)的定義可知，其振幅越來(lái)越小而單擺振動(dòng)過(guò)程中的周期是其固有周期，是由本身?xiàng)l件決定的，是不變的，故A項(xiàng)錯(cuò)誤，B項(xiàng)正確；又因單擺在阻尼振動(dòng)過(guò)程中，振幅逐漸減小，振動(dòng)的能量也在減少，即機(jī)械能在減少，所以C項(xiàng)錯(cuò)，D項(xiàng)對(duì)高中物理選修高中物理選修3-43-4課件課件二、對(duì)共振的理解1對(duì)共振條件的理解因?yàn)橹芷谛缘尿?qū)動(dòng)力跟振動(dòng)“合拍”時(shí)，每個(gè)周期內(nèi)驅(qū)動(dòng)力做的功都是正功，都用來(lái)增大振動(dòng)系統(tǒng)的能量，所以振幅越來(lái)越大，直到驅(qū)動(dòng)力做功供給振動(dòng)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(dá)到最大振幅當(dāng)驅(qū)動(dòng)力不跟振動(dòng)“合拍”時(shí)，驅(qū)動(dòng)力做的功有一部分是負(fù)功，因而振動(dòng)系統(tǒng)從驅(qū)動(dòng)力得到的能量比“合拍”時(shí)少，振

8、幅也就比“合拍”時(shí)小高中物理選修高中物理選修3-43-4課件課件2對(duì)共振曲線的認(rèn)識(shí)(1)理解兩軸意義：縱軸：受迫振動(dòng)的振幅，如圖1151所示橫軸：驅(qū)動(dòng)力的頻率(2)f的意義：固有頻率(3)認(rèn)識(shí)曲線形狀，ff，共振；ff或ff，振幅較??；相差越大，振幅越小圖圖1151高中物理選修高中物理選修3-43-4課件課件即時(shí)應(yīng)用(即時(shí)突破，小試牛刀)2. (2011年南京高二檢測(cè))如圖1152表示一彈簧振子做受迫振動(dòng)時(shí)的振幅與驅(qū)動(dòng)力頻率的關(guān)系，由圖可知()圖圖1152高中物理選修高中物理選修3-43-4課件課件A驅(qū)動(dòng)力頻率為f2時(shí)，振子處于共振狀態(tài)B驅(qū)動(dòng)力頻率為f3時(shí)，振子振動(dòng)頻率為f3C假如讓振子自由振

9、動(dòng)，它的頻率為f2D振子做自由振動(dòng)時(shí)，頻率可以為f1、f2、f3答案：ABC高中物理選修高中物理選修3-43-4課件課件課堂互動(dòng)講練課堂互動(dòng)講練對(duì)阻尼振動(dòng)的認(rèn)識(shí)對(duì)阻尼振動(dòng)的認(rèn)識(shí)如圖如圖1153所示是一個(gè)彈簧振子做阻尼振所示是一個(gè)彈簧振子做阻尼振動(dòng)的振動(dòng)圖象，曲線上動(dòng)的振動(dòng)圖象，曲線上A、B兩點(diǎn)的連線與橫軸平兩點(diǎn)的連線與橫軸平行，下列說(shuō)法正確的是行，下列說(shuō)法正確的是()圖圖1153高中物理選修高中物理選修3-43-4課件課件A振子在A時(shí)刻的動(dòng)能等于B時(shí)刻的動(dòng)能 B振子在A時(shí)刻的勢(shì)能等于B時(shí)刻的勢(shì)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 【精講精析】由于彈

10、簧振子做阻尼振動(dòng)，所以A時(shí)刻的機(jī)械能大于B時(shí)刻的機(jī)械能，選項(xiàng)C錯(cuò)，D對(duì)；由于彈簧的彈性勢(shì)能與彈簧的形變量(即位移)有關(guān)，所以選項(xiàng)B對(duì)；振子在A時(shí)刻的動(dòng)能大于B時(shí)刻的動(dòng)能，選項(xiàng)A錯(cuò)高中物理選修高中物理選修3-43-4課件課件【答案】BD【題后反思】只有正確理解阻尼振動(dòng)，才能解答本題做阻尼振動(dòng)的物體，由于克服阻力做功，所以機(jī)械能會(huì)逐漸減少，但在機(jī)械能減少的過(guò)程中，動(dòng)能和勢(shì)能還會(huì)交替變化高中物理選修高中物理選修3-43-4課件課件變式訓(xùn)練1單擺在空氣中做阻尼振動(dòng)，下列說(shuō)法中正確的是()A位移逐漸減小B速度逐漸減小C動(dòng)能逐漸減小D振動(dòng)的能量逐漸轉(zhuǎn)化為其他形式的能答案：D高中物理選修高中物理選修3-43

11、-4課件課件一砝碼和一輕彈簧構(gòu)成彈簧振子，圖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甲所示的裝置可用于研究該彈簧振子的受迫振動(dòng)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)把手時(shí)，曲桿給彈簧振子以驅(qū)動(dòng)力，動(dòng)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)把手時(shí)，曲桿給彈簧振子以驅(qū)動(dòng)力，使振子做受迫振動(dòng)把手勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的周期就是驅(qū)使振子做受迫振動(dòng)把手勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的周期就是驅(qū)動(dòng)力的周期，改變把手勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的速度就可以改動(dòng)力的周期，改變把手勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的速度就可以改變驅(qū)動(dòng)力的周期若保持把手不動(dòng)，給砝碼一向變驅(qū)動(dòng)力的周期若保持把手不動(dòng)，給砝碼一向下的初速度，砝碼便做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，振動(dòng)圖線如圖下的初速度，砝碼便做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，振動(dòng)圖線如圖對(duì)受迫振動(dòng)的認(rèn)識(shí)對(duì)受迫振

12、動(dòng)的認(rèn)識(shí)高中物理選修高中物理選修3-43-4課件課件乙所示當(dāng)把手以某一速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，受迫振動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，砝碼的振動(dòng)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(dòng)力的周期，Y表示受迫振動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定后砝碼振動(dòng)的振幅，則()圖圖1154高中物理選修高中物理選修3-43-4課件課件A由圖線可知T04 sB由圖線可知T08 sC當(dāng)T在4 s附近時(shí)，Y顯著增大；當(dāng)T比4 s小得多或大得多時(shí)，Y很小D當(dāng)T在8 s附近時(shí)，Y顯著增大；當(dāng)T比8 s小得多或大得多時(shí)，Y很小高中物理選修高中物理選修3-43-4課件課件【精講精析】圖乙是彈簧振子未加驅(qū)動(dòng)力時(shí)的周期，故由題圖乙圖線讀出的周期為其振動(dòng)的固有周期，

13、即T04 s圖丙是彈簧振子在驅(qū)動(dòng)力作用下的振動(dòng)圖線，做受迫振動(dòng)的物體，其振動(dòng)的周期等于驅(qū)動(dòng)力的周期，即T8 s當(dāng)受迫振動(dòng)的周期與驅(qū)動(dòng)力的周期相同時(shí)，其振幅最大；周期差別越大，其振動(dòng)振幅越小由以上分析可知，正確選項(xiàng)為A、C.【答案】AC高中物理選修高中物理選修3-43-4課件課件【方法總結(jié)】受迫振動(dòng)的周期和頻率總等于驅(qū)動(dòng)力的周期和頻率，但驅(qū)動(dòng)力的頻率越接近物體的固有頻率，振動(dòng)的振幅越大，相等時(shí)振幅最大在處理實(shí)際問(wèn)題時(shí)要分清振動(dòng)的類別，注意區(qū)分固有頻率、受迫振動(dòng)的頻率和驅(qū)動(dòng)力的頻率高中物理選修高中物理選修3-43-4課件課件變式訓(xùn)練2(2011年江蘇泰州聯(lián)考)如圖1155所示為受迫振動(dòng)的演示裝置，

14、當(dāng)單擺A振動(dòng)起來(lái)后，通過(guò)水平懸繩迫使單擺B、C振動(dòng)，則下列說(shuō)法正確的是()A只有A、C擺振動(dòng)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(dòng)周期相等圖圖1155高中物理選修高中物理選修3-43-4課件課件解析：選CD.當(dāng)單擺A振動(dòng)起來(lái)后，單擺B、C做受迫振動(dòng)，做受迫振動(dòng)的物體的周期(或頻率)等于驅(qū)動(dòng)力的周期(或頻率)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤而D正確；當(dāng)物體的固有頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率時(shí)，發(fā)生共振現(xiàn)象，選項(xiàng)C正確而B錯(cuò)誤高中物理選修高中物理選修3-43-4課件課件 把一個(gè)篩子用四根彈簧支起來(lái)，篩子上安一個(gè)電動(dòng)偏心輪，它每轉(zhuǎn)一周，給篩子一個(gè)驅(qū)動(dòng)力，這樣就做成了一個(gè)共振篩，如圖1156所示篩子做自由振動(dòng)時(shí)，完成10次全振動(dòng)用時(shí)15 s，在某電壓下，電動(dòng)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()共振的防止和應(yīng)用共振的防止和應(yīng)用高中物理選修高中物理選修3-43-4課件課件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(diǎn)撥】共振篩的工作原理是利用共振現(xiàn)象，當(dāng)電動(dòng)偏心輪的轉(zhuǎn)動(dòng)周期跟篩子的固有周期相等時(shí)，就會(huì)發(fā)生共振圖圖1156高中物理選修高中物理選修3-43-4課