2018-2019學(xué)年高中物理 第十一章 機械振動 第5節(jié) 外力作用下的振動課件 新人教版選修3-4.ppt

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1、5外力作用下的振動,讀一讀,辨一辨,一、固有振動和阻尼振動 閱讀教材第18頁,知道固有振動、固有頻率和阻尼振動,并從能量的觀點學(xué)習(xí)。 1.什么是固有振動? 答案：簡諧運動的物體受到的回復(fù)力,是振動系統(tǒng)內(nèi)部的相互作用力。如果振動系統(tǒng)不受外力的作用,此時的振動叫作固有振動。 2.什么是阻尼振動? 答案：振幅逐漸減小的振動。,讀一讀,辨一辨,二、受迫振動和共振 閱讀第18、19頁,知道受迫振動和共振的概念。 1.什么是受迫振動? 答案：振動系統(tǒng)在驅(qū)動力作用下的振動。 2.受迫振動的頻率與什么因素有關(guān)? 答案：做受迫振動的振動系統(tǒng)穩(wěn)定后,其振動頻率等于驅(qū)動力的頻率,與系統(tǒng)的固有頻率無關(guān)。 3.產(chǎn)生共振

2、的條件是什么? 答案：驅(qū)動力頻率等于振動系統(tǒng)的固有頻率。,讀一讀,辨一辨,1.思考辨析。 (1)阻尼振動是機械能不斷減小的振動,它一定不是簡諧運動。 () 答案： (2)單擺的振幅越來越小,是因為其能量在不斷消失。 () 解析：單擺總能量是守恒的,只是機械能不斷減小。 答案： (3)在外力作用下的振動就是受迫振動。 () 解析：只有在周期性外力(驅(qū)動力)的作用下物體所做的振動才是受迫振動。 答案：,讀一讀,辨一辨,2.探究討論。 (1)生活中的共振應(yīng)如何應(yīng)用與防止? 答案：應(yīng)用:在應(yīng)用共振時,驅(qū)動力頻率接近或等于振動系統(tǒng)的固有頻率,如轉(zhuǎn)速計、共振篩。 防止:在防止共振時,驅(qū)動力頻率與系統(tǒng)的固有

3、頻率相差越大越好,如部隊過橋時用便步。 (2)受迫振動穩(wěn)定后其振動頻率與自身物理條件有關(guān)嗎? 答案：受迫振動穩(wěn)定后的頻率由驅(qū)動力的頻率決定,與自身物理條件無關(guān)。 (3)驅(qū)動力的頻率滿足什么條件時振子的振幅最大? 答案：驅(qū)動力的頻率等于系統(tǒng)的固有頻率。,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,比較簡諧運動、阻尼振動和受迫振動 “余音繞梁,三日不絕?！毙稳莞杪暬蛞魳返膬?yōu)美,耐人尋味。但在日常生活中,當(dāng)彈奏結(jié)束后,樂聲會越來越弱,并最終消失,這是為什么呢? 要點提示：由于樂聲受到空氣的阻尼作用,振幅越來越小,因此樂聲也就越來越弱了。,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,問題導(dǎo)引,名

4、師精講,典例剖析,探究一,探究二,特別提醒阻尼振動中振幅雖逐漸減小,但振動頻率不會變化,此頻率稱為固有頻率,由振動系統(tǒng)決定。 振動按能量是否損耗分為阻尼振動(減幅振動)和無阻尼振動(等幅振動);按振動的成因分為自由振動和受迫振動。,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,【例題1】 導(dǎo)學(xué)號73884033單擺做阻尼振動的振動圖線如圖所示,下列說法正確的是() A.擺球在A時刻的動能等于B時刻的動能 B.擺球在A時刻的勢能等于B時刻的勢能 C.擺球在A時刻的機械能等于B時刻的機械能 D.擺球在A時刻的機械能大于B時刻的機械能,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,【思考問題】

5、(1)單擺的擺球在什么位置時重力勢能最大?(2)單擺總的機械能如何變化? 提示：(1)在最高點時。 (2)單擺做阻尼振動,機械能減少。 解析：在單擺振動過程中,因不斷克服空氣阻力做功使動能逐漸轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,故選項C錯誤,選項D正確;雖然單擺總的機械能在逐漸減小,但在振動過程中動能和重力勢能仍在不斷地相互轉(zhuǎn)化,由于A、B兩時刻,單擺的位移相等,所以重力勢能相等,但動能不相等,故選項A錯誤,選項B正確。 答案：BD,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,歸納總結(jié)阻尼振動及能量變化 (1)阻尼振動與簡諧運動的關(guān)系:實際的振動都會受到阻力的作用,是阻尼振動。當(dāng)阻力很小時,可以認(rèn)為是簡諧運動。 (

6、2)機械能E等于動能Ek和勢能Ep之和,即E=Ek+Ep,阻尼振動中,E減小,但動能和勢能仍相互轉(zhuǎn)化。,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,變式訓(xùn)練1在如圖所示的振動圖象中,在13 s的時間范圍內(nèi),下列時刻振動物體的動能與勢能之和最大的是() A.1.2 sB.2 s C.2.5 sD.3 s 解析：隨著阻力的作用,機械能損失越來越多,故1.2 s時能量最大。 答案：A,探究一,探究二,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,對共振和共振曲線的理解 用扁擔(dān)挑水時,有時桶里的水會蕩得厲害,并從桶中濺出來,這是為什么? 要點提示：人挑水時,通過扁擔(dān)對水桶施加周期性的驅(qū)動力,當(dāng)驅(qū)動力的頻率等于桶里

7、水的固有頻率時,水發(fā)生共振,水的動蕩就越來越厲害,就會從桶中濺出來。,探究一,探究二,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,1.發(fā)生共振的條件及理解 (1)驅(qū)動力的頻率等于振動系統(tǒng)的固有頻率。 (2)對共振條件的理解 從受力角度看:當(dāng)振動物體所受驅(qū)動力的方向跟它的運動方向相同時,驅(qū)動力對它起加速作用,使它的振幅增大,當(dāng)驅(qū)動力的頻率等于物體的固有頻率時,它的每一次作用都使物體的振幅增加,從而振幅達(dá)到最大。 從功能關(guān)系看:當(dāng)驅(qū)動力的頻率等于物體的固有頻率時,驅(qū)動力始終對物體做正功,使振動能量不斷增加,振幅不斷增大,直到增加的能量等于克服阻尼作用損耗的能量,振幅才不再增加。,探究一,探究二,問題導(dǎo)引,名師精

8、講,典例剖析,2.共振曲線及理解 (1)如圖所示,當(dāng)驅(qū)動力的頻率與物體的固有頻率相等時,受迫振動的振幅最大。 (2)對共振曲線的理解 共振曲線直觀地反映了物體做受迫振動的振幅與驅(qū)動力頻率的關(guān)系。當(dāng)驅(qū)動力的頻率f偏離固有頻率f0較大時,受迫振動的振幅較小;當(dāng)驅(qū)動力的頻率f等于固有頻率f0時,受迫振動的振幅最大。 當(dāng)f驅(qū)=f固時,驅(qū)動力的每次作用都使振動加速,直至驅(qū)動力作用與阻力作用恰好抵消時,達(dá)到最大振幅。,探究一,探究二,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,【例題2】 一物體做受迫振動,驅(qū)動力的頻率小于該物體的固有頻率。當(dāng)驅(qū)動力的頻率逐漸增大時,該物體的振幅將() A.逐漸增大 B.先逐漸減小后

9、逐漸增大 C.逐漸減小 D.先逐漸增大后逐漸減小 【思考問題】 如果驅(qū)動力的頻率逐漸增大且連續(xù)變化,則振幅怎么變化? 提示：當(dāng)驅(qū)動力的頻率小于物體的固有頻率時,振幅逐漸增大;當(dāng)驅(qū)動力的頻率等于物體的固有頻率時,振幅最大;當(dāng)驅(qū)動力的頻率大于物體的固有頻率時,振幅逐漸減小。,探究一,探究二,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,解析：由共振曲線可以看出,當(dāng)驅(qū)動力的頻率小于該物體的固有頻率時,增大驅(qū)動力頻率,振幅增大。直到驅(qū)動力頻率等于系統(tǒng)固有頻率時,振動物體發(fā)生共振,振幅最大。在此之后,若再增大驅(qū)動力頻率,則振動物體的振幅減小。 答案：D 歸納總結(jié)共振曲線的特點 (1)當(dāng)驅(qū)動力頻率等于物體固有頻率時,物體

10、振動的振幅最大; (2)當(dāng)固有頻率不等于驅(qū)動力頻率時,二者越接近,振幅越大,反之,相差越大,振幅越小; (3)共振曲線上除峰值外,其他某一振幅都對應(yīng)兩個驅(qū)動力頻率。,探究一,探究二,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,變式訓(xùn)練2一單擺的共振曲線如圖所示,則該單擺的擺長約為多少?共振時擺球的最大速度大小是多少?(g取10 m/s2),答案：1 m0.25 m/s,1 2 3 4,,,,,1.(考查阻尼振動)單擺在空氣中做阻尼振動,下列說法正確的是() A.振動的能量逐漸轉(zhuǎn)化為其他形式的能量 B.后一時刻擺球的動能一定比前一時刻小 C.后一時刻擺球的勢能一定比前一時刻小 D.后一時刻擺球的機械能一

11、定比前一時刻小 解析：由于單擺在空氣中做阻尼振動,克服空氣、摩擦阻力做功,使機械能不斷減少而轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。后一時刻的動能和勢能不一定比前一時刻小,但后一時刻擺球的機械能一定比前一時刻小。 答案：AD,1 2 3 4,,,,,2.(考查受迫振動)下列說法正確的是() A.實際的自由振動必然是阻尼振動 B.在外力作用下的振動是受迫振動 C.阻尼振動的振幅越來越小 D.受迫振動穩(wěn)定后的頻率與自身物理條件無關(guān) 解析：實際的自由振動,必須不斷克服外界阻力做功而消耗能量,振幅會逐漸減小,所以必然是阻尼振動,故選項A、C正確;只有在周期性外力(驅(qū)動力)作用下的物體所做的振動才是受迫振動,故選項B錯誤;受

12、迫振動穩(wěn)定后的頻率由驅(qū)動力的頻率決定,與自身物理條件無關(guān),故選項D正確。 答案：ACD,1 2 3 4,,,,,3.(考查共振的條件)在一根張緊的水平繩上懸掛五個擺,其中A、E的擺長為l,B的擺長為0.5l,C的擺長為1.5l,D的擺長為2l。先使A振動起來,其他各擺隨后也振動起來,則在B、C、D、E四個擺中,振幅最大的是() A.BB.CC.DD.E 解析：A振動起來以后,B、C、D、E四個擺均做受迫振動,其中E的擺長與A的擺長相等,即固有周期相等,故E擺滿足共振的條件,其振幅最大。 答案：D,1 2 3 4,,,,,4.導(dǎo)學(xué)號73884034(考查受迫振動和共振的關(guān)系)一洗衣機脫水桶在正常工作時非常平穩(wěn),當(dāng)切斷電源后,發(fā)現(xiàn)洗衣機先是振動越來越劇烈,然后振動再逐漸減弱。對這一現(xiàn)象,下列說法正確的是() A.正常工作時,洗衣機脫水桶的運轉(zhuǎn)頻率比洗衣機的固有頻率大 B.正常工作時,洗衣機脫水桶的運轉(zhuǎn)頻率比洗衣機的固有頻率小 C.正常工作時,洗衣機脫水桶的運轉(zhuǎn)頻率等于洗衣機的固有頻率 D.當(dāng)洗衣機振動最劇烈時,脫水桶的運轉(zhuǎn)頻率恰好等于洗衣機的固有頻率 解析：切斷電源后脫水桶的轉(zhuǎn)速越來越小,即脫水桶的運轉(zhuǎn)頻率越來越小。當(dāng)洗衣機脫水桶正常工作時,非常穩(wěn)定,則正常工作時的頻率大于洗衣機的固有頻率,故選項A正確;當(dāng)振動最劇烈時,洗衣機發(fā)生了共振,即選項D正確。 答案：AD,