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1、5 外力作用下的振动,读一读,辨一辨,一、固有振动和阻尼振动 阅读教材第18页,知道固有振动、固有频率和阻尼振动,并从能量的观点学习。 1.什么是固有振动? 答案：简谐运动的物体受到的回复力,是振动系统内部的相互作用力。如果振动系统不受外力的作用,此时的振动叫作固有振动。 2.什么是阻尼振动? 答案：振幅逐渐减小的振动。,读一读,辨一辨,二、受迫振动和共振 阅读第18、19页,知道受迫振动和共振的概念。 1.什么是受迫振动? 答案：振动系统在驱动力作用下的振动。 2.受迫振动的频率与什么因素有关? 答案：做受迫振动的振动系统稳定后,其振动频率等于驱动力的频率,与系统的固有频率无关。 3.产生共
2、振的条件是什么? 答案：驱动力频率等于振动系统的固有频率。,读一读,辨一辨,1.思考辨析。 (1)阻尼振动是机械能不断减小的振动,它一定不是简谐运动。 ( ) 答案： (2)单摆的振幅越来越小,是因为其能量在不断消失。 ( ) 解析：单摆总能量是守恒的,只是机械能不断减小。 答案： (3)在外力作用下的振动就是受迫振动。 ( ) 解析：只有在周期性外力(驱动力)的作用下物体所做的振动才是受迫振动。 答案：,读一读,辨一辨,2.探究讨论。 (1)生活中的共振应如何应用与防止? 答案：应用:在应用共振时,驱动力频率接近或等于振动系统的固有频率,如转速计、共振筛。 防止:在防止共振时,驱动力频率与系
3、统的固有频率相差越大越好,如部队过桥时用便步。 (2)受迫振动稳定后其振动频率与自身物理条件有关吗? 答案：受迫振动稳定后的频率由驱动力的频率决定,与自身物理条件无关。 (3)驱动力的频率满足什么条件时振子的振幅最大? 答案：驱动力的频率等于系统的固有频率。,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,比较简谐运动、阻尼振动和受迫振动 “余音绕梁,三日不绝。”形容歌声或音乐的优美,耐人寻味。但在日常生活中,当弹奏结束后,乐声会越来越弱,并最终消失,这是为什么呢? 要点提示：由于乐声受到空气的阻尼作用,振幅越来越小,因此乐声也就越来越弱了。,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,问题导
4、引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,特别提醒阻尼振动中振幅虽逐渐减小,但振动频率不会变化,此频率称为固有频率,由振动系统决定。 振动按能量是否损耗分为阻尼振动(减幅振动)和无阻尼振动(等幅振动);按振动的成因分为自由振动和受迫振动。,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,【例题1】 导学号73884033单摆做阻尼振动的振动图线如图所示,下列说法正确的是( ) A.摆球在A时刻的动能等于B时刻的动能 B.摆球在A时刻的势能等于B时刻的势能 C.摆球在A时刻的机械能等于B时刻的机械能 D.摆球在A时刻的机械能大于B时刻的机械能,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,【思考问题
5、】 (1)单摆的摆球在什么位置时重力势能最大?(2)单摆总的机械能如何变化? 提示：(1)在最高点时。 (2)单摆做阻尼振动,机械能减少。 解析：在单摆振动过程中,因不断克服空气阻力做功使动能逐渐转化为内能,故选项C错误,选项D正确;虽然单摆总的机械能在逐渐减小,但在振动过程中动能和重力势能仍在不断地相互转化,由于A、B两时刻,单摆的位移相等,所以重力势能相等,但动能不相等,故选项A错误,选项B正确。 答案：BD,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,归纳总结阻尼振动及能量变化 (1)阻尼振动与简谐运动的关系:实际的振动都会受到阻力的作用,是阻尼振动。当阻力很小时,可以认为是简谐运动。
6、 (2)机械能E等于动能Ek和势能Ep之和,即E=Ek+Ep,阻尼振动中,E减小,但动能和势能仍相互转化。,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,变式训练1在如图所示的振动图象中,在13 s的时间范围内,下列时刻振动物体的动能与势能之和最大的是( ) A.1.2 s B.2 s C.2.5 s D.3 s 解析：随着阻力的作用,机械能损失越来越多,故1.2 s时能量最大。 答案：A,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,对共振和共振曲线的理解 用扁担挑水时,有时桶里的水会荡得厉害,并从桶中溅出来,这是为什么? 要点提示：人挑水时,通过扁担对水桶施加周期性的驱动力,当驱动力的频率
7、等于桶里水的固有频率时,水发生共振,水的动荡就越来越厉害,就会从桶中溅出来。,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,1.发生共振的条件及理解 (1)驱动力的频率等于振动系统的固有频率。 (2)对共振条件的理解 从受力角度看:当振动物体所受驱动力的方向跟它的运动方向相同时,驱动力对它起加速作用,使它的振幅增大,当驱动力的频率等于物体的固有频率时,它的每一次作用都使物体的振幅增加,从而振幅达到最大。 从功能关系看:当驱动力的频率等于物体的固有频率时,驱动力始终对物体做正功,使振动能量不断增加,振幅不断增大,直到增加的能量等于克服阻尼作用损耗的能量,振幅才不再增加。,探究一,探究二,问题导引
8、,名师精讲,典例剖析,2.共振曲线及理解 (1)如图所示,当驱动力的频率与物体的固有频率相等时,受迫振动的振幅最大。 (2)对共振曲线的理解 共振曲线直观地反映了物体做受迫振动的振幅与驱动力频率的关系。当驱动力的频率f偏离固有频率f0较大时,受迫振动的振幅较小;当驱动力的频率f等于固有频率f0时,受迫振动的振幅最大。 当f驱=f固时,驱动力的每次作用都使振动加速,直至驱动力作用与阻力作用恰好抵消时,达到最大振幅。,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,【例题2】 一物体做受迫振动,驱动力的频率小于该物体的固有频率。当驱动力的频率逐渐增大时,该物体的振幅将( ) A.逐渐增大 B.先逐渐
9、减小后逐渐增大 C.逐渐减小 D.先逐渐增大后逐渐减小 【思考问题】 如果驱动力的频率逐渐增大且连续变化,则振幅怎么变化? 提示：当驱动力的频率小于物体的固有频率时,振幅逐渐增大;当驱动力的频率等于物体的固有频率时,振幅最大;当驱动力的频率大于物体的固有频率时,振幅逐渐减小。,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,解析：由共振曲线可以看出,当驱动力的频率小于该物体的固有频率时,增大驱动力频率,振幅增大。直到驱动力频率等于系统固有频率时,振动物体发生共振,振幅最大。在此之后,若再增大驱动力频率,则振动物体的振幅减小。 答案：D 归纳总结共振曲线的特点 (1)当驱动力频率等于物体固有频率时
10、,物体振动的振幅最大; (2)当固有频率不等于驱动力频率时,二者越接近,振幅越大,反之,相差越大,振幅越小; (3)共振曲线上除峰值外,其他某一振幅都对应两个驱动力频率。,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,变式训练2一单摆的共振曲线如图所示,则该单摆的摆长约为多少?共振时摆球的最大速度大小是多少?(g取10 m/s2),答案：1 m 0.25 m/s,1 2 3 4,1.(考查阻尼振动)单摆在空气中做阻尼振动,下列说法正确的是( ) A.振动的能量逐渐转化为其他形式的能量 B.后一时刻摆球的动能一定比前一时刻小 C.后一时刻摆球的势能一定比前一时刻小 D.后一时刻摆球的机械能一定比
11、前一时刻小 解析：由于单摆在空气中做阻尼振动,克服空气、摩擦阻力做功,使机械能不断减少而转化为内能。后一时刻的动能和势能不一定比前一时刻小,但后一时刻摆球的机械能一定比前一时刻小。 答案：AD,1 2 3 4,2.(考查受迫振动)下列说法正确的是( ) A.实际的自由振动必然是阻尼振动 B.在外力作用下的振动是受迫振动 C.阻尼振动的振幅越来越小 D.受迫振动稳定后的频率与自身物理条件无关 解析：实际的自由振动,必须不断克服外界阻力做功而消耗能量,振幅会逐渐减小,所以必然是阻尼振动,故选项A、C正确;只有在周期性外力(驱动力)作用下的物体所做的振动才是受迫振动,故选项B错误;受迫振动稳定后的频
12、率由驱动力的频率决定,与自身物理条件无关,故选项D正确。 答案：ACD,1 2 3 4,3.(考查共振的条件)在一根张紧的水平绳上悬挂五个摆,其中A、E的摆长为l,B的摆长为0.5l,C的摆长为1.5l,D的摆长为2l。先使A振动起来,其他各摆随后也振动起来,则在B、C、D、E四个摆中,振幅最大的是( ) A.B B.C C.D D.E 解析：A振动起来以后,B、C、D、E四个摆均做受迫振动,其中E的摆长与A的摆长相等,即固有周期相等,故E摆满足共振的条件,其振幅最大。 答案：D,1 2 3 4,4.导学号73884034(考查受迫振动和共振的关系)一洗衣机脱水桶在正常工作时非常平稳,当切断电源后,发现洗衣机先是振动越来越剧烈,然后振动再逐渐减弱。对这一现象,下列说法正确的是( ) A.正常工作时,洗衣机脱水桶的运转频率比洗衣机的固有频率大 B.正常工作时,洗衣机脱水桶的运转频率比洗衣机的固有频率小 C.正常工作时,洗衣机脱水桶的运转频率等于洗衣机的固有频率 D.当洗衣机振动最剧烈时,脱水桶的运转频率恰好等于洗衣机的固有频率 解析：切断电源后脱水桶的转速越来越小,即脱水桶的运转频率越来越小。当洗衣机脱水桶正常工作时,非常稳定,则正常工作时的频率大于洗衣机的固有频率,故选项A正确;当振动最剧烈时,洗衣机发生了共振,即选项D正确。 答案：AD,
