《2019-2020学年高考物理 主题2 第i部分 机械振动 5 外力作用下的振动课件(必修1)》由会员分享,可在线阅读,更多相关《2019-2020学年高考物理 主题2 第i部分 机械振动 5 外力作用下的振动课件(必修1)(50页珍藏版)》请在金锄头文库上搜索。
1、,主题2 第部分 机械振动,5 外力作用下的振动,学科素养与目标要求,物理观念:,1.知道什么是固有振动和阻尼振动,并能从能量的观点给予说明. 2.知道受迫振动的频率等于驱动力的频率,而跟振动物体的固有频率无关. 3.理解共振的概念,知道常见共振的应用和危害.,科学思维:,比较简谐运动、阻尼振动、受迫振动的关系,得到受迫振动频率等于驱动力的频率的结论.,科学探究:,通过做受迫振动的实验,使学生了解受迫振动的特点,体会受迫振动的相关概念.,NEIRONGSUOYIN,内容索引,自主预习 预习新知 夯实基础,重点探究 启迪思维 探究重点,达标检测 检测评价 达标过关,课时对点练 注重双基 强化落实
2、,自主预习,一、固有振动、阻尼振动,1.固有振动和固有频率 (1)固有振动:振动系统在 作用下的振动. (2)固有频率: 振动的频率. 2.阻尼振动 (1)阻尼:当振动系统受到 的作用时,振动受到了阻尼. (2)阻尼振动: 逐渐减小的振动,如图1所示.,不受外力,固有,阻力,图1,振幅,二、受迫振动,1.驱动力 作用于振动系统的 的外力. 2.受迫振动 (1)定义:系统在 作用下的振动. (2)受迫振动的频率(周期) 做受迫振动的物体,其振动频率总 驱动力的频率,与系统的固有频率 .,周期性,驱动力,等于,无关,三、共振,1.定义 驱动力的频率f 系统的固有频率f0时,受迫振动的 最大,这种现
3、象叫做共振. 2.共振曲线(如图2所示),等于,振幅,图2,即学即用,1.判断下列说法的正误. (1)受迫振动的频率与振动系统的固有频率无关.( ) (2)驱动力频率越大,振幅越大.( ) (3)共振只有害处没有好处.( ) (4)做受迫振动的物体一定会发生共振.( ) (5)阻尼振动的频率随振幅的减小而不断减小.( ),2.A、B两个弹簧振子,A的固有频率为f,B的固有频率为4f,若它们均在频率为f的驱动力作用下做受迫振动,则_的振幅较大,A的振动频率是_,B的振动频率是_.,A,f,f,重点探究,一、简谐运动、阻尼振动和受迫振动,导学探究,如图所示的实验装置为一挂在曲轴上的弹簧振子,匀速摇
4、动手柄,下面的弹簧振子就会振动起来.实际动手做一下,然后回答以下几个问题. (1)如果手柄不动而用手拉动一下振子,从振幅角度看弹簧振子的振动属于什么振动?,答案 阻尼振动,(2)从没有系统外力作用角度看弹簧振子的振动属于什么振动?,答案 固有振动,(3)手柄匀速摇动时,观察到振幅有什么变化?为什么?,答案 振幅不变,提供系统外力,补偿系统损失的能量,(4)用不同的转速匀速转动手柄,弹簧振子的振动有何不同?这能说明什么问题?,答案 转速大时弹簧振子振动得快,说明弹簧振子振动的周期和频率由手柄转速决定.,知识深化,1.三种振动的理解 (1)简谐运动:一种理想化的模型,物体运动过程中的一切阻力都不考
5、虑. (2)阻尼振动:考虑阻力的影响,是更实际的一种运动. (3)受迫振动:物体做阻尼振动时受到周期性驱动力作用下的振动.,2.三种振动的比较,例1 (多选)一单摆做阻尼振动,则在振动过程中 A.振幅越来越小,频率也越来越小 B.振幅越来越小,频率不变 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 因单摆做阻尼振动,所以振幅越来越小,机械能越来越小,振动频率不变,故选B、D.,例2 如图3所示,在曲轴上悬挂一弹簧振子,转动摇把,曲轴可以带动弹簧振子上下振动.开始时不转动摇把,让振子自由上下振动,测得其频率为2 Hz,然后以60 r/min的转速匀速转动
6、摇把,当振子振动稳定时,它的振动周期为 A.0.25 s B.0.5 s C.1 s D.2 s,解析 弹簧振子受摇把的作用而振动,做受迫振动,所以其振动的周期等于驱动力的周期,60 r/min1 r/s,故T1 s,正确答案为C.,图3,二、共振,导学探究,洗衣机在衣服脱水完毕拔掉电源后,电动机还要转动一会才能停下来.在拔掉电源后,发现洗衣机先振动得比较弱,有一阵子振动得很剧烈,然后振动慢慢减弱直至停下来. (1)开始时,洗衣机为什么振动比较弱?,答案 开始时,脱水桶转动的频率远高于洗衣机的固有频率,振幅较小,振动比较弱.,(2)期间剧烈振动的原因是什么?,答案 当洗衣机脱水桶转动的频率等于
7、洗衣机的固有频率时发生共振,振动剧烈.,知识深化,1.共振的条件:驱动力的频率与系统的固有频率相等,即f驱f固. 2.共振曲线 如图4所示,共振曲线的横坐标为驱动力的频率,纵坐标为 受迫振动的振幅. (1)从受力角度看: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,直到振幅达到最大. (2)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.振动能量最大,振幅最大. (3)认识曲线的形状:ff0,共振;ff0或ff0,振幅较小.f与f0相差越大,振幅越小.
8、,图4,3.共振的利用与防止 (1)利用:要利用共振,就应尽量使驱动力的频率与物体的固有频率一致.如共振筛、共振转速计等. (2)防止:在需要防止共振危害时,要尽量使驱动力的频率和固有频率不相等,而且相差越多越好.如:部队过桥应便步走. 说明:共振是物体做受迫振动时的一种特殊现象.,例3 (2018吉林八校联考高二下学期期中)下表记录了某受迫振动的振幅随驱动力频率变化的关系,若该振动系统的固有频率为f固,则,A.f固60 Hz B.60 Hzf固70 Hz C.50 Hzf固60 Hz D.以上三个都不对,解析 从如图所示的共振曲线可判断出f驱与f固相差越大,受迫振动的振幅越小;f驱与f固越接
9、近,受迫振动的振幅越大.并可以从中看出f驱越接近f固,振幅的变化越慢.比较各组数据知f驱在5060 Hz范围内时,振幅变化最小,因此50 Hzf固60 Hz,即C正确.,例4 (多选)下列关于共振和防止共振的说法,正确的是 A.共振现象总是有害的,所以要避免共振现象发生 B.队伍过桥要慢行是为了不产生周期性的驱动力,从而避免产生共振 C.火车过桥慢行是为了使驱动力的频率远小于桥的固有频率,从而避免产生共振 D.利用共振时,应使驱动力的频率接近或等于振动物体的固有频率,防止共振 危害时,应使驱动力的频率远离振动物体的固有频率,解析 共振现象有利也有弊,A项错误; 过桥慢行是为了使驱动力的频率与桥
10、的固有频率相差很多,从而避免桥产生共振现象,B项错误,C项正确; 当固有频率与驱动力的频率相同时,物体产生共振现象,D项正确.,达标检测,1.(对阻尼振动的理解)(多选)一单摆在空气中振动,振幅逐渐减小,下列说法正确的是 A.振动的机械能逐渐转化为其他形式的能 B.后一时刻的动能一定小于前一时刻的动能 C.后一时刻的势能一定小于前一时刻的势能 D.后一时刻的机械能一定小于前一时刻的机械能,解析 单摆振动过程中,会不断克服空气阻力做功使机械能逐渐减小,A、D对; 虽然单摆总的机械能在逐渐减小,但在振动过程中动能和势能仍不断地相互转化.动能转化为势能时,动能逐渐减少,势能逐渐增加,而势能转化为动能
11、时,势能逐渐减少,动能逐渐增加,所以不能断言后一时刻的动能(或势能)一定小于前一时刻的动能(或势能),故B、C错.,1,2,3,4,5,2.(对受迫振动的理解)如图5所示,两个弹簧振子悬挂在同一个支架上,已知甲弹簧振子的固有频率为8 Hz,乙弹簧振子的固有频率为72 Hz,当支架在竖直方向且频率为9 Hz的驱动力作用下做受迫振动时,两个弹簧振子的振动情况是 A.甲的振幅较大,且振动频率为8 Hz B.甲的振幅较大,且振动频率为9 Hz C.乙的振幅较大,且振动频率为9 Hz D.乙的振幅较大,且振动频率为72 Hz,解析 支架在竖直方向且频率为9 Hz的驱动力作用下做受迫振动时,甲、乙两个弹簧
12、振子都做受迫振动,它们振动的频率都等于驱动力的频率9 Hz,由于甲的固有频率接近于驱动力的频率,所以甲的振幅较大,故B正确,A、C、D错误.,图5,1,2,3,4,5,3.(受迫振动、共振)(多选)如图6所示,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,则摆球振动稳定后 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.其余四个摆的周期相同,解析 A振动起来后,使得B、C、D、E做受迫振动,振动的频率都等于A振动的频率,即各摆振动的周期都相等,选项C错误,D正确; 由于
13、D与A的摆长相差最大,E与A的摆长相等,所以D的振幅最小,E发生共振,振幅最大,选项A错误,B正确.,图6,1,2,3,4,5,4.(共振)(多选)(2018静海一中高二下学期期中)某振动系统的固有频率为f0,在周期性驱动力的作用下做受迫振动,驱动力的频率为f.若驱动力的振幅保持不变,下列说法正确的是 A.当ff0时,该振动系统的振幅一定随f减小而增大 C.该振动系统的振动稳定后,振动的频率等于f0 D.该振动系统的振动稳定后,振动的频率等于f,1,2,3,4,5,5.(受迫振动、共振)(2018临漳一中高二下学期期中)如图7甲所示,一个有固定转动轴的竖直圆盘转动时,固定在圆盘上的小圆柱带动一
14、个T形支架在竖直方向振动,T形支架的下面系着一个由弹簧和小球组成的振动系统.圆盘静止时,让小球做简谐运动,其振动图象如图乙所示,圆盘匀速转动时,小球做受迫振动,小球振动稳定时.下列说法正确的是 A.小球振动的固有频率是4 Hz B.小球做受迫振动时周期一定是4 s C.圆盘转动周期在4 s附近时,小球振幅显著增大 D.圆盘转动周期在4 s附近时,小球振幅显著减小,图7,1,2,3,4,5,课时对点练,一、选择题 考点一 阻尼振动 1.(多选)若空气阻力不可忽略,单摆在偏角很小的摆动中,总是减小的物理量为 A.振幅 B.位移 C.周期 D.机械能,解析 有空气阻力时,振动为阻尼振动,振幅不断减小
15、,机械能也不断减小.位移做周期性变化,不是一直减小.根据单摆周期公式T ,l、g不变,则T不变,故选项A、D正确.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,2.(多选)对于阻尼振动,下列说法正确的是 A.阻尼振动就是减幅振动,其振动的能量不断减少 B.实际的振动系统不可避免地要受到阻尼作用 C.阻尼振动的振幅、振动能量、振动周期逐渐减小 D.对做阻尼振动的振子来说,其机械能逐渐转化为内能,解析 振动系统的振动频率与本身的结构有关,为固有频率,所以在阻尼振动中,振幅减小,振动能量减少,最终转化为内能,但周期不变,故A、D正确,C错误. 实际的振动系统都要受到摩擦或空气阻
16、力等阻尼作用,故B正确.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,3.如图1所示是单摆做阻尼振动的位移时间图线, 下列说法中正确的是 A.摆球在P与N时刻的势能相等 B.摆球在P与N时刻的动能相等 C.摆球在P与N时刻的机械能相等 D.摆球在P时刻的机械能小于在N时刻的机械能,图1,解析 由于摆球的势能大小由其位移和摆球质量共同决定,P、N两时刻位移大小相同,所以势能相等,A正确; 由于系统机械能在减少,P、N两时刻势能相同,则P时刻动能大于N时刻动能,B、C、D错误.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,考点二 受迫振动 4.下列振动中属于受迫振动的是 A.用重锤敲击一下