《2019高中物理 第十一章 5 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《2019高中物理 第十一章 5 外力作用下的振动课件 新人教版选修3-4（44页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、自主学习基础知识5 外力作用下的振动学习目标1.知道阻尼振动和阻尼振动能量的转化情况2.知道什么是受迫振动及产生条件，掌握物体做受迫振动的特点(重点)3.知道共振现象，掌握产生共振的条件，知道常见的共振的应用和危害(重点、难点)合作探究重难疑点课时作业解题技巧素养培优1固有振动如果振动系统不受_的作用，此时的振动叫做固有振动，其振动频率称为_外力固有频率2阻尼振动(1)阻力作用下的振动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，消耗机械能，因而_减小，最后停下来阻尼阻尼振幅(2)阻尼振动_逐渐减小的振动振动系统受到的_越大， _减小得越快，阻尼振动的图象如图1151所示，
2、振幅越来越小，最后停止振动图1151振幅阻尼振幅阻尼振动中，在振幅逐渐减小的过程中，振动物体的周期如何变化？为什么？【提示】不变周期与振幅无关1固有频率由系统本身决定( )2阻尼振动的频率不断减小( )3阻尼振动的振幅不断减小( )1受迫振动(1)驱动力：作用于振动系统的_的外力(2)受迫振动：振动系统在_作用下的振动(3)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，跟系统的_没有关系周期性驱动力驱动力固有频率 2.共振(1)定义：驱动力的频率等于振动物体的固有频率时，受迫振动的_的现象(2)条件：驱动力频率_系统的固有频率振幅最大等于(3)特征：共振时受迫振动的_最大
3、(4)共振曲线：如图所示表示受迫振动的_与 _的 关 系 图 象 ， 图1152中f0为振动物体的固有频率振幅振幅A驱动力频率f图1152洗衣机启动和停止时，随着电机转速的变化，有时洗衣机会振动得很厉害，这是什么原因？【提示】当洗衣机电机转动的频率等于洗衣机的固有频率时，发生了共振现象，这时洗衣机振动得很厉害1受迫振动的频率等于振动系统的固有频率( )2驱动力频率越大，振幅越大( )3生活中应尽量使驱动力的频率接近振动系统的固有频率( )学生分组探究一阻尼振动和自由振动的比较第1步探究分层设问，破解疑难1阻尼振动的振幅在减小的过程中，频率是否随着减小？【提示】阻尼振动的振动频率保持不变2若物体
4、所做的振动是等幅振动，此物体一定是无阻尼振动吗？【提示】不一定区分阻尼与无阻尼的条件是分析振子受不受阻力，而不是看振幅，若受阻力作用同时也有外力给系统做功补充能量时，也能保证振动物体做等幅振动第2步结论自我总结，素能培养阻尼振动阻尼振动自由振动自由振动产生条件产生条件受到阻力作用受到阻力作用不受阻力作用不受阻力作用振幅振幅越来越小越来越小不变不变频率频率不变不变不变不变能量能量减少减少不变不变振动图象振动图象实例实例用锤敲锣，锣面的振动用锤敲锣，锣面的振动弹簧振子的振动弹簧振子的振动第3步例证典例印证，思维深化(多选)(2014丽水检测)一单摆在空气中振动，振幅逐渐减小下列说法正确的是()A机
5、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【思路点拨】在阻尼振动中，振动系统的机械能减小，即动能和势能之和减小但在一段较短的时间内，动能和势能不一定都减小，关键要看动能与势能之间是如何转化的【解析】单摆振动过程中，因不断克服空气阻力做功，使机械能逐渐转化为内能，选项A和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，动能逐渐减小，势能逐渐增大，而势能转化为动能时，势能逐渐减小，动能逐渐增大， 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
6、动能(或势能)，故选项B、C不对【答案】AD(1)阻尼振动的振幅不断减小，能量不断减少，但阻尼振动的频率不变，其频率为固有频率，由系统本身决定(2)自由振动是一种理想情况，也叫简谐运动实际中的振动都会受到阻力的作用，当阻力较小时，可认为是简谐运动第4步巧练精选习题，落实强化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，周期也越来越小B振幅越来越小，周期不变C通过某一位置时，机械能始终不变D机械能不守恒，周期不变【解析】单摆做阻尼振动时，振幅会减小，机械能减小，振动周期不变，故选项B、D对，A、C错【答案】BD2(多选)(2014海口高二检测)下列说法正确的是()A实际的自由振动
7、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，必然是阻尼振动，故A、C正确；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，B错； 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，D对【答案】ACD 学生分组探究二受迫振动和共振第1步探究分层设问，破解疑难1要应用共振，需要采取什么措施？【提示】尽量使驱动力的频率接近固有频率2要防止共振，需要采取什么措施？【提示】尽量使驱动力的频率与固有频率间的差距增大第2步结论自我总结，素能培养1
8、三种常见的振动(1)自由振动(又称固有振动)：回复力是系统内部的相互作用力(2)阻尼振动：物体做阻尼振动时，振子受阻力作用，振幅不断减小，但振动的频率仍由自身结构特点决定，并不会随振幅的减小而变化(3)受迫振动：系统受到周期性外力的作用，系统在驱动力的作用下的振动2共振曲线的理解和应用图1153(1)两坐标轴的意义：纵轴：受迫振动的振幅，如图1153所示横轴：驱动力频率(2)f0的意义：表示固有频率(3)认识曲线形状：ff0，共振；ff0或ff0，振幅较小f与f0相差越大，振幅越小(4)结论：驱动力的频率f越接近振动系统的固有频率f0，受迫振动的振幅越大，反之振幅越小第3步例证典例印证，思维深
9、化如图1154所示，在曲轴A上悬挂一个弹簧振子，如果转动把手，曲轴可以带动弹簧振子上下振动问：图1154(1)开始时不转动把手，而用手往下拉振子，然后放手让振子上下振动，测得振子在10 s内完成20次全振动，振子做什么振动？其固有周期和固有频率各是多少？若考虑摩擦和空气阻力，振子做什么振动？(2)在振子正常振动过程中，以转速4 r/s匀速转动把手，振子的振动稳定后，振子做什么运动？其周期是多少？【思路点拨】解答本题时应注意以下两个方面：(1)理解简谐运动、阻尼振动、受迫振动的概念(2)受迫振动的频率与驱动力的频率的关系(2)由于把手转动的转速为4 r/s，它给弹簧振子的驱动力频率为f驱4 Hz
10、，周期T驱0.25 s，故振子做受迫振动振动达稳定状态后，其频率(或周期)等于驱动力的频率(或周期)，而跟固有频率(或周期)无关即ff驱4 Hz，TT驱0.25 s又因为振子做受迫振动得到驱动力对它做的功，补偿了振子克服阻力做功所消耗的能量，所以振子的振动属于受迫振动【答案】(1)简谐运动0.5 s2 Hz阻尼振动(2)受迫振动0.25 s(1)受迫振动的频率等于驱动力的频率(2)处理实际问题时，注意区分固有频率、受迫振动频率和驱动力的频率第4步巧练精选习题，落实强化1.(2013江苏高考)如图1155所示的装置，弹簧振子的固有频率是4 Hz.现匀速转动把手，给弹簧振子以周期性的驱动力，测得弹
11、簧振子振动达到稳定时的频率为1 Hz，则把手转动的频率为()A1 HzB3 HzC4 Hz D5 Hz 图1155【解析】转动把手后，弹簧振子开始做受迫振动，受迫振动是按照外界驱动力的频率振动的，既然振子稳定后的振动频率为1 Hz，则把手转动的频率即为1 Hz.【答案】A2(2014龙岩检测)如图1156为一单摆的共振曲线，图中横轴表示周期性驱动力的频率，纵轴表示单摆的振幅，求此单摆的摆长图1156关于共振实际问题的分析1在分析解答有关共振问题时，要抓住产生共振的条件分析：驱动力的频率等于固有频率时产生共振，此时振动的振幅最大2在解决有关共振的实际问题时，要抽象出受迫振动这一物理模型，弄清驱动
12、力频率和固有频率，然后利用共振的条件进行求解3图象法解决问题直观方便，利用共振图线可以找出最大振幅，以及振动的固有频率或固有周期，然后再利用周期公式进行分析(多选)铺设铁路轨道时，每两根钢轨接缝处都必留有一定的间隙，匀速运行的列车经过轨端接缝处时，车轮就会受到一次冲击由于每一根钢轨长度都相等，所以这个冲击力是周期性的，列车受到周期性的冲击力做受迫振动普通钢轨长为12.6 m，列车固有振动周期为0.315 s下列说法正确的是()A列车的危险速率为40 m/sB列车过桥需要减速，是为了防止列车发生共振现象C列车运行的振动频率和列车的固有频率总是相等的D增加钢轨的长度有利于列车高速运行【思路点拨】(
13、1)当列车受到的驱动力的频率和列车的固有频率相等时，列车发生共振现象(2)增加钢轨的长度等于调节驱动力的频率列车过桥做减速运动，是为了使驱动力频率远小于桥的固有频率，防止桥梁发生共振，而不是列车发生共振，B错误；增加钢轨长度，可以使列车振动频率远离列车固有频率，有利于列车高速运行，故D正确【答案】AD先看名师指津 改变受迫振动的振幅的方法当f驱f固时，振幅最大若改变受迫振动的振幅，可采取两种方法：(1)改变给予振动系统周期性外力的周期，即改变驱动力频率(2)了解影响固有频率的因素，改变固有频率再演练应用 在飞机的发展史中有一个阶段，飞机上天后不久，飞机的机翼很快就抖动起来，而且越抖越厉害后来人们经过了艰苦的探索，利用在飞机机翼前缘处装置一个配重杆的方法解决了这一问题在飞机机翼前缘处装置配重杆的目的主要是()A加大飞机的惯性B使机体更加平衡C使机翼更加牢固 D改变机翼的固有频率【解析】飞机抖动得厉害是因为发生了共振现象，想要解决这一问题，需要使系统的固有频率与驱动力的频率差距增大，在飞机机翼前缘处装置一个配重杆，改变的是机翼的固有频率，故选项D正确【答案】D
