《高中物理 第11章 第5节外力作用下的振动课件 新人教版选修3-4》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理 第11章 第5节外力作用下的振动课件 新人教版选修3-4（34页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第五节外力作用下的振动 课前自主学案 核心要点突破 课堂互动讲练 课标定位 知能优化训练 第五节外力作用下的振动 课标定位学习目标 1 了解受迫振动 阻尼振动 固有频率的概念 2 知道受迫振动的频率由驱动力的频率决定 3 了解共振概念 知道发生共振的条件 重点难点 1 决定受迫振动频率的因素及发生共振的条件 2 受迫振动中振幅随驱动力频率变化的关系 课前自主学案 一 固有振动和固有频率如果振动系统不受 的作用 此时的振动叫做固有振动 此时的振动频率叫固有频率 二 阻尼振动1 阻力作用下的振动变化 当振动系统受到阻力的作用时 振动受到了 系统克服 的作用要做功 消耗 因而 减小 最后停下来 外力
2、 阻尼 阻尼 机械能 振幅 2 阻尼振动 指 逐渐减小的振动 振动系统受到的阻尼越大 振幅减小得越 3 实际振动的理想化 当阻尼很小时 在不太长的时间内看不出振幅明显减小 于是可以把它当成 来处理 振幅 快 简谐运动 三 受迫振动1 持续振动的获得实际的振动由于阻尼作用最终要停下来 要维持系统的持续振动 办法是使 的外力作用于振动系统 外力对系统做 功 补偿系统的 2 驱动力 作用于振动系统的 的外力 周期性 正 能量损耗 周期性 3 受迫振动 振动系统在 作用下的振动 4 受迫振动的频率做受迫振动的系统振动稳定后 其振动频率等于 的频率 与系统的 无关 驱动力 驱动力 固有频率 四 共振1
3、共振 驱动力的频率 系统的固有频率时 受迫振动的振幅最大 声音的共振现象叫做 2 共振的应用与防止 在需要利用共振的时候 应使驱动力的频率尽可能接近振动系统的 在防止共振时 驱动力频率与振动系统的固有频率相差的越 越好 等于 共鸣 固有频率 大 核心要点突破 一 简谐运动 阻尼振动与受迫振动的区别简谐运动是一种理想化的模型 物体运动过程中的一切阻力都不考虑 阻尼振动却考虑阻力的影响 是更实际的一种运动 而受迫振动则是物体做阻尼振动时受到周期性驱动力作用下的振动 三者对比列表如下 特别提醒 1 阻尼振动中振幅虽逐渐减小 但振动的频率不会变化 此频率称为固有频率 由振动系统决定 2 受迫振动中 若
4、驱动力给系统补充的能量与系统因振动阻尼消耗的能量相等 物体做等幅振动 但此振动不是简谐运动 即时应用 即时突破 小试牛刀 1 一单摆做阻尼振动 则在振动过程中 A 振幅越来越小 周期也越来越小B 振幅越来越小 周期不变C 在振动过程中 通过某一位置时 机械能始终不变D 在振动过程中 机械能不守恒 解析 选BD 因单摆做阻尼振动 根据阻尼振动的定义可知 其振幅越来越小 而单摆振动过程中的周期是其固有周期 是由本身条件决定的 是不变的 故A项错误 B项正确 又因单摆在阻尼振动过程中 振幅逐渐减小 振动的能量也在减少 即机械能在减少 所以C项错 D项对 二 对共振的理解1 对共振条件的理解因为周期性
5、的驱动力跟振动 合拍 时 每个周期内驱动力做的功都是正功 都用来增大振动系统的能量 所以振幅越来越大 直到驱动力做功供给振动系统的能量等于克服摩擦阻力消耗的能量 振幅才不再增大 即达到最大振幅 当驱动力不跟振动 合拍 时 驱动力做的功有一部分是负功 因而振动系统从驱动力得到的能量比 合拍 时少 振幅也就比 合拍 时小 2 对共振曲线的认识 1 理解两轴意义 纵轴 受迫振动的振幅 如图11 5 1所示 横轴 驱动力的频率 2 f 的意义 固有频率 3 认识曲线形状 f f 共振 f f 或f f 振幅较小 相差越大 振幅越小 图11 5 1 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 2011年南京高二检
6、测 如图11 5 2表示一弹簧振子做受迫振动时的振幅与驱动力频率的关系 由图可知 图11 5 2 A 驱动力频率为f2时 振子处于共振状态B 驱动力频率为f3时 振子振动频率为f3C 假如让振子自由振动 它的频率为f2D 振子做自由振动时 频率可以为f1 f2 f3答案 ABC 课堂互动讲练 如图11 5 3所示是一个弹簧振子做阻尼振动的振动图象 曲线上A B两点的连线与横轴平行 下列说法正确的是 图11 5 3 A 振子在A时刻的动能等于B时刻的动能B 振子在A时刻的势能等于B时刻的势能C 振子在A时刻的机械能等于B时刻的机械能D 振子在A时刻的机械能大于B时刻的机械能 精讲精析 由于弹簧振
7、子做阻尼振动 所以A时刻的机械能大于B时刻的机械能 选项C错 D对 由于弹簧的弹性势能与弹簧的形变量 即位移 有关 所以选项B对 振子在A时刻的动能大于B时刻的动能 选项A错 答案 BD 题后反思 只有正确理解阻尼振动 才能解答本题 做阻尼振动的物体 由于克服阻力做功 所以机械能会逐渐减少 但在机械能减少的过程中 动能和势能还会交替变化 变式训练1单摆在空气中做阻尼振动 下列说法中正确的是 A 位移逐渐减小B 速度逐渐减小C 动能逐渐减小D 振动的能量逐渐转化为其他形式的能答案 D 一砝码和一轻弹簧构成弹簧振子 图11 5 4甲所示的装置可用于研究该弹簧振子的受迫振动 匀速转动把手时 曲杆给弹
8、簧振子以驱动力 使振子做受迫振动 把手匀速转动的周期就是驱动力的周期 改变把手匀速转动的速度就可以改变驱动力的周期 若保持把手不动 给砝码一向下的初速度 砝码便做简谐运动 振动图线如图 乙所示 当把手以某一速度匀速转动 受迫振动达到稳定时 砝码的振动图线如图丙所示 若用T0表示弹簧振子的固有周期 T表示驱动力的周期 Y表示受迫振动达到稳定后砝码振动的振幅 则 图11 5 4 A 由图线可知T0 4sB 由图线可知T0 8sC 当T在4s附近时 Y显著增大 当T比4s小得多或大得多时 Y很小D 当T在8s附近时 Y显著增大 当T比8s小得多或大得多时 Y很小 精讲精析 图乙是弹簧振子未加驱动力时
9、的周期 故由题图乙图线读出的周期为其振动的固有周期 即T0 4s 图丙是弹簧振子在驱动力作用下的振动图线 做受迫振动的物体 其振动的周期等于驱动力的周期 即T 8s 当受迫振动的周期与驱动力的周期相同时 其振幅最大 周期差别越大 其振动振幅越小 由以上分析可知 正确选项为A C 答案 AC 方法总结 受迫振动的周期和频率总等于驱动力的周期和频率 但驱动力的频率越接近物体的固有频率 振动的振幅越大 相等时振幅最大 在处理实际问题时要分清振动的类别 注意区分固有频率 受迫振动的频率和驱动力的频率 变式训练2 2011年江苏泰州联考 如图11 5 5所示为受迫振动的演示装置 当单摆A振动起来后 通过
10、水平悬绳迫使单摆B C振动 则下列说法正确的是 A 只有A C摆振动周期相等B A摆的振幅比B摆小C C摆的振幅比B摆大D A B C三摆的振动周期相等 图11 5 5 解析 选CD 当单摆A振动起来后 单摆B C做受迫振动 做受迫振动的物体的周期 或频率 等于驱动力的周期 或频率 选项A错误而D正确 当物体的固有频率等于驱动力的频率时 发生共振现象 选项C正确而B错误 把一个筛子用四根弹簧支起来 筛子上安一个电动偏心轮 它每转一周 给筛子一个驱动力 这样就做成了一个共振筛 如图11 5 6所示 筛子做自由振动时 完成10次全振动用时15s 在某电压下 电动偏心轮转速是36r min 已知增大
11、电压可使偏心轮转速提高 增加筛子质量 可以增大筛子的固有周期 那么要使筛子的振幅增大 下列做法正确的是 A 提高输入电压B 降低输入电压C 增加筛子质量D 减小筛子质量 思路点拨 共振筛的工作原理是利用共振现象 当电动偏心轮的转动周期跟筛子的固有周期相等时 就会发生共振 图11 5 6 答案 AC 方法总结 当f驱 f固时 振幅最大 若增大受迫振动的振幅 可采取两种方法使之发生共振 1 改变驱动力频率 2 改变固有频率 变式训练3部队经过桥梁时 规定不许齐步走 登山运动员登高山时 不许高声叫喊 主要原因是 A 减轻对桥的压力 避免产生回声B 减少对桥 雪山的冲击力C 避免使桥发生共振和使雪山发生共振D 使桥受到的压力更不均匀 使登山运动员耗散能量减少答案 C
