高中物理 第十一章 第5節(jié) 外力作用下的振動課件 新人教版選修34

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1、第第十十一一章章第第5節(jié)節(jié)新知預新知預習習巧設計巧設計名師課名師課堂堂一點通一點通創(chuàng)新演創(chuàng)新演練練大沖關大沖關 隨堂檢測隨堂檢測歸納小結歸納小結 課下作業(yè)課下作業(yè)綜合提升綜合提升 要點一要點一要點二要點二 要點三要點三1知道什么是阻尼振動；知道在什么知道什么是阻尼振動；知道在什么 情況下可以把實際發(fā)生的振動看做情況下可以把實際發(fā)生的振動看做 簡諧運動。簡諧運動。2知道什么叫驅動力，什么叫受迫振知道什么叫驅動力，什么叫受迫振 動，能舉出受迫振動的實例。知道動，能舉出受迫振動的實例。知道 受迫振動的頻率等于驅動力的頻率，受迫振動的頻率等于驅動力的頻率， 跟物體的固有頻率無關。跟物體的固有頻率無關。

2、3知道什么是共振以及發(fā)生共振的條知道什么是共振以及發(fā)生共振的條 件。件。1固有振動和固有頻率固有振動和固有頻率(1)固有振動：不受外力作用的振動。固有振動：不受外力作用的振動。(2)固有頻率：固有振動的頻率。固有頻率：固有振動的頻率。 2阻尼振動阻尼振動 (1)阻力作用下的振動：當振動系統(tǒng)受到阻力的作用阻力作用下的振動：當振動系統(tǒng)受到阻力的作用時，振動受到了時，振動受到了 ，系統(tǒng)克服，系統(tǒng)克服 的作用要做功，消的作用要做功，消耗機械能，因而耗機械能，因而 減小，最后停下來。減小，最后停下來。 (2)阻尼振動：阻尼振動： 逐漸減小的振動。振動系統(tǒng)受到逐漸減小的振動。振動系統(tǒng)受到的的 越大，越大，

3、 減小得越快，阻尼振動的圖象如圖減小得越快，阻尼振動的圖象如圖1151所示所示 ，振幅越來越小，最后停止振動。，振幅越來越小，最后停止振動。圖圖1151阻尼阻尼阻尼阻尼振幅振幅振幅振幅阻尼阻尼振幅振幅 (3)實際振動的理想化：當實際振動的理想化：當 很小時，在不太長的很小時，在不太長的時間內(nèi)看不出振幅明顯減小，于是可以把它當做時間內(nèi)看不出振幅明顯減小，于是可以把它當做 來處理。來處理。 關鍵一點關鍵一點阻尼振動的振幅逐漸減小，但振動周期阻尼振動的振幅逐漸減小，但振動周期不變。不變。阻尼阻尼簡諧運動簡諧運動 3受迫振動受迫振動 (1)持續(xù)振動的獲得：持續(xù)振動的獲得： 實際的振動由于阻尼作用最終要

4、停下來，要維持系統(tǒng)實際的振動由于阻尼作用最終要停下來，要維持系統(tǒng)的持續(xù)振動，辦法是使的持續(xù)振動，辦法是使 的外力作用于振動系統(tǒng)，外的外力作用于振動系統(tǒng)，外力對系統(tǒng)力對系統(tǒng) ，補償系統(tǒng)的，補償系統(tǒng)的 。 (2)驅動力：作用于振動系統(tǒng)的驅動力：作用于振動系統(tǒng)的 的外力。的外力。 (3)受迫振動：振動系統(tǒng)在受迫振動：振動系統(tǒng)在 作用下的振動。作用下的振動。 (4)受迫振動的頻率：受迫振動的頻率： 做受迫振動的系統(tǒng)振動穩(wěn)定后，其振動頻率等于做受迫振動的系統(tǒng)振動穩(wěn)定后，其振動頻率等于 的頻率，與系統(tǒng)的的頻率，與系統(tǒng)的 無關。無關。周期性周期性做功做功能量損耗能量損耗周期性周期性驅動力驅動力驅動力驅動力固

5、有頻率固有頻率4共振共振(1)條件：驅動力頻率條件：驅動力頻率 系統(tǒng)的固有頻率。系統(tǒng)的固有頻率。(2)特征：共振時受迫振動的特征：共振時受迫振動的 最大。最大。(3)共振曲線：如圖共振曲線：如圖1152所示。所示。圖圖1152等于等于振幅振幅 5共振的應用與防止共振的應用與防止 (1)共振的應用：共振的應用： 采用方法：在應用共振時，驅動力頻率接近或等于振采用方法：在應用共振時，驅動力頻率接近或等于振動系統(tǒng)的動系統(tǒng)的 。 實例：轉速計、實例：轉速計、 。固有頻率固有頻率共振篩共振篩 (2)共振的防止：共振的防止： 采用方法：在防止共振時，驅動力頻率與系統(tǒng)的采用方法：在防止共振時，驅動力頻率與系

6、統(tǒng)的 相差越大越好。相差越大越好。 實例：部隊過橋時用實例：部隊過橋時用 ；火車過橋時減速；輪船；火車過橋時減速；輪船航行時，改變航向或航速。目的都是使驅動力的頻率航行時，改變航向或航速。目的都是使驅動力的頻率 物物體的固有頻率。體的固有頻率。 關鍵一點關鍵一點驅動力的頻率越接近固有頻率，振幅越大，驅動力的頻率越接近固有頻率，振幅越大，二者相等時振幅最大。二者相等時振幅最大。固有固有頻率頻率便步便步遠離遠離1下列說法正確的是下列說法正確的是 ()A實際的自由振動必然是阻尼振動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阻尼振動的

7、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受迫振動穩(wěn)定后的頻率與自身物理條件無關解析：解析：實際的自由振動，必須不斷克服外界阻力做功而消耗實際的自由振動，必須不斷克服外界阻力做功而消耗能量，振幅會逐漸減小，必然是阻尼振動，故能量，振幅會逐漸減小，必然是阻尼振動，故A、C正確；只正確；只有在周期性外力有在周期性外力(驅動力驅動力)的作用下物體所做的振動才是受迫振的作用下物體所做的振動才是受迫振動，動，B錯；受迫振動穩(wěn)定后的頻率由驅動力的頻率決定，與自錯；受迫振動穩(wěn)定后的頻率由驅動力的頻率決定，與自身物理條件無關，身物理條件無關，D對。對。答案：答案：ACD2如圖如圖1153所示，在曲軸

8、上懸掛一彈簧振子，轉動所示，在曲軸上懸掛一彈簧振子，轉動 搖把，曲軸可以帶動彈簧振子上下振動。開始時不轉搖把，曲軸可以帶動彈簧振子上下振動。開始時不轉動搖把，讓振子自由上下振動，測得其頻率為動搖把，讓振子自由上下振動，測得其頻率為2 Hz；然后以然后以60 r/min的轉速勻速轉動搖把，當振子振動穩(wěn)的轉速勻速轉動搖把，當振子振動穩(wěn)定時，它的振動周期為定時，它的振動周期為()圖圖1153A0.25 sB0.5 sC1 s D2 s解析：解析：彈簧振子受搖把的作用而振動，做受迫振動，所彈簧振子受搖把的作用而振動，做受迫振動，所以其振動的周期等于驅動力的周期。故正確答案為以其振動的周期等于驅動力的周

9、期。故正確答案為C。答案：答案：C圖圖1154答案：答案：A4隊伍過橋不要齊步走，其目的是隊伍過橋不要齊步走，其目的是 ()A減小對橋的壓力減小對橋的壓力 B減小人腳對橋的沖擊力減小人腳對橋的沖擊力C使橋各部分受力均勻使橋各部分受力均勻 D避免使橋發(fā)生共振避免使橋發(fā)生共振解析：解析：隊伍過橋時如果齊步走，給橋以周期性驅動力，隊伍過橋時如果齊步走，給橋以周期性驅動力，有可能使橋發(fā)生共振，故有可能使橋發(fā)生共振，故D正確。正確。答案：答案：D 現(xiàn)實生活中的振動幾乎都是阻尼振動，原因就是現(xiàn)實生活中的振動幾乎都是阻尼振動，原因就是在振動中始終受到空氣阻力的作用，系統(tǒng)克服阻力做在振動中始終受到空氣阻力的作

10、用，系統(tǒng)克服阻力做功，機械能不再守恒，像掛鐘不上發(fā)條，鐘擺就會停功，機械能不再守恒，像掛鐘不上發(fā)條，鐘擺就會停下來。簡諧運動是不受阻力的運動，不損失機械能，下來。簡諧運動是不受阻力的運動，不損失機械能，這是一種理想模型。下面就兩種運動對比一下：這是一種理想模型。下面就兩種運動對比一下：振動類型振動類型比較項目比較項目阻尼振動阻尼振動簡諧運動簡諧運動產(chǎn)生條件產(chǎn)生條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如果沒有能量補充，物如果沒有能量補充，物體的振幅會越來越小體的振幅會越來越小振幅不變振幅不變振動能量振動能量有損失有損失保持不變保持不變振動圖象振動圖象實例實例用錘敲鑼，鑼面的振

11、動用錘敲鑼，鑼面的振動彈簧振子的振動彈簧振子的振動 名師點睛名師點睛 (1)阻尼振動中振幅雖逐漸減小，但振動的頻率不會阻尼振動中振幅雖逐漸減小，但振動的頻率不會變化，此頻率稱為固有頻率，由振動系統(tǒng)決定。變化，此頻率稱為固有頻率，由振動系統(tǒng)決定。 (2)是否是阻尼振動，關鍵是看振幅是否逐漸減小。是否是阻尼振動，關鍵是看振幅是否逐漸減小。 1一單擺在空氣中振動，振幅逐漸減小。下列說法正一單擺在空氣中振動，振幅逐漸減小。下列說法正確的是確的是 () A機械能逐漸轉化為其他形式的能機械能逐漸轉化為其他形式的能 B后一時刻的動能一定小于前一時刻的動能后一時刻的動能一定小于前一時刻的動能 C后一時刻的勢能

12、一定小于前一時刻的勢能后一時刻的勢能一定小于前一時刻的勢能 D后一時刻的機械能一定小于前一時刻的機械能后一時刻的機械能一定小于前一時刻的機械能 審題指導審題指導在阻尼振動中，振動系統(tǒng)的機械能減小，在阻尼振動中，振動系統(tǒng)的機械能減小，即動能和勢能之和減小。但在一段較短的時間內(nèi)，動能和即動能和勢能之和減小。但在一段較短的時間內(nèi)，動能和勢能不一定都減小，關鍵要看動能與勢能之間是如何轉化勢能不一定都減小，關鍵要看動能與勢能之間是如何轉化的以及轉化的快慢。的以及轉化的快慢。 解析解析單擺在振動過程中，因不斷克服空氣阻力做單擺在振動過程中，因不斷克服空氣阻力做功，使機械能逐漸轉化為內(nèi)能，選項功，使機械能逐

13、漸轉化為內(nèi)能，選項A和和D對；雖然單擺總對；雖然單擺總的機械能在逐漸減小，但在振動過程中動能和勢能仍不斷的機械能在逐漸減小，但在振動過程中動能和勢能仍不斷地相互轉化，動能轉化為勢能時，動能逐漸減小，勢能逐地相互轉化，動能轉化為勢能時，動能逐漸減小，勢能逐漸增大，而勢能轉化為動能時，勢能逐漸減小，動能逐漸漸增大，而勢能轉化為動能時，勢能逐漸減小，動能逐漸增大，所以不能斷言后一時刻的動能增大，所以不能斷言后一時刻的動能(或勢能或勢能)一定小于前一一定小于前一時刻的動能時刻的動能(或勢能或勢能)，故選項，故選項B、C不對。不對。 答案答案AD 振動的振幅逐漸減小，則振動系統(tǒng)的能量振動的振幅逐漸減小，

14、則振動系統(tǒng)的能量(機械能機械能)逐漸減小，而振動系統(tǒng)的動能和勢能如何變化，還要看逐漸減小，而振動系統(tǒng)的動能和勢能如何變化，還要看振子是遠離平衡位置還是向平衡位置振動。振子是遠離平衡位置還是向平衡位置振動。振動類別振動類別項目項目自由振動自由振動受迫振動受迫振動受力情況受力情況僅受回復力僅受回復力周期性驅動力作用周期性驅動力作用振動周期或振動周期或頻率頻率由系統(tǒng)本身性質(zhì)決定，由系統(tǒng)本身性質(zhì)決定，即固有周期或固有頻即固有周期或固有頻率率由驅動力的周期或頻由驅動力的周期或頻率決定。即率決定。即TT驅驅或或ff驅驅振動能量振動能量振動物體的機械能不振動物體的機械能不變變由產(chǎn)生驅動力的物體由產(chǎn)生驅動力的

15、物體提供提供常見例子常見例子彈簧振子或單擺彈簧振子或單擺(10)機器運轉時底座發(fā)生機器運轉時底座發(fā)生的振動的振動 2鋪設鐵軌時，每兩根鋼軌接縫處都必須留有一定的間鋪設鐵軌時，每兩根鋼軌接縫處都必須留有一定的間隙，勻速運行的列車經(jīng)過軌端接縫處時，車輪就會受到一次沖隙，勻速運行的列車經(jīng)過軌端接縫處時，車輪就會受到一次沖擊。由于每一根鋼軌長度相等，所以這個沖擊力是周期性的，擊。由于每一根鋼軌長度相等，所以這個沖擊力是周期性的，列車受到周期性的沖擊做受迫振動。普通鋼軌長為列車受到周期性的沖擊做受迫振動。普通鋼軌長為12.6 m，列，列車固有振動周期為車固有振動周期為0.315 s。下列說法正確的是。下

16、列說法正確的是 () A列車的危險速率為列車的危險速率為40 m/s B列車過橋需要減速，是為了防止發(fā)生共振現(xiàn)象列車過橋需要減速，是為了防止發(fā)生共振現(xiàn)象 C列車運行的振動頻率和列車的固有頻率總是相等的列車運行的振動頻率和列車的固有頻率總是相等的 D增加鋼軌的長度有利于列車高速運行增加鋼軌的長度有利于列車高速運行 答案答案ABD (1)受迫振動的頻率等于驅動力的頻率。受迫振動的頻率等于驅動力的頻率。 (2)處理實際問題時，注意區(qū)分固有頻率、受迫振動處理實際問題時，注意區(qū)分固有頻率、受迫振動頻率和驅動力的頻率。頻率和驅動力的頻率。 1從受力角度來看從受力角度來看 振動物體所受驅動力的方向跟它的運動

17、方向相同時，驅振動物體所受驅動力的方向跟它的運動方向相同時，驅動力對它起加速作用，使它的振幅增大，驅動力的頻率跟物動力對它起加速作用，使它的振幅增大，驅動力的頻率跟物體的固有頻率越接近，使物體振幅增大的力的作用次數(shù)就越體的固有頻率越接近，使物體振幅增大的力的作用次數(shù)就越多，當驅動力頻率等于物體的固有頻率時，它的每一次作用多，當驅動力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，從而使振幅達到最大。都使物體的振幅增加，從而使振幅達到最大。 2從功能關系來看從功能關系來看 當驅動力頻率越接近物體的固有頻率時，驅動力與物當驅動力頻率越接近物體的固有頻率時，驅動力與物體運動一致的次數(shù)越多

18、，驅動力對物體做正功越多，振幅體運動一致的次數(shù)越多，驅動力對物體做正功越多，振幅就越大。當驅動力頻率等于物體固有頻率時，驅動力始終就越大。當驅動力頻率等于物體固有頻率時，驅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時，振幅才不到增加的能量等于克服阻尼作用損耗的能量時，振幅才不再增加。再增加。 3利用共振解決問題利用共振解決問題 (1)在分析解答有關共振問題時，要抓住產(chǎn)生共振的在分析解答有關共振問題時，要抓住產(chǎn)生共振的條件分析：驅動力的頻率等于固有頻率時產(chǎn)生共振，此時條件分析：驅動力的頻率等于

19、固有頻率時產(chǎn)生共振，此時振動的振幅最大。振動的振幅最大。 (2)在解決有關共振的實際問題時，要抽象出受迫振在解決有關共振的實際問題時，要抽象出受迫振動這一物理模型，弄清驅動力頻率和固有頻率，然后利用動這一物理模型，弄清驅動力頻率和固有頻率，然后利用共振的條件進行求解。共振的條件進行求解。 (3)圖象法解決問題直觀方便，利用共振圖線可以找圖象法解決問題直觀方便，利用共振圖線可以找出最大振幅，以及振動的固有頻率或固有周期，然后再利出最大振幅，以及振動的固有頻率或固有周期，然后再利用周期公式進行分析，如圖用周期公式進行分析，如圖1155所示。所示。 圖圖1155 名師點睛名師點睛 (1)當驅動力的頻

20、率與固有頻率相差越大時，振動的振當驅動力的頻率與固有頻率相差越大時，振動的振幅就越??；當驅動力的頻率與固有頻率相等時，振幅最大。幅就越小；當驅動力的頻率與固有頻率相等時，振幅最大。 (2)從受迫振動的振幅與頻率的關系圖象中可以得到振動從受迫振動的振幅與頻率的關系圖象中可以得到振動的固有頻率，在計算中可以利用這一條件。的固有頻率，在計算中可以利用這一條件。 3把一個篩子用四根彈簧支起來，篩子上安一個電把一個篩子用四根彈簧支起來，篩子上安一個電動偏心輪，它每轉一周，給篩子一個驅動力，這樣就做動偏心輪，它每轉一周，給篩子一個驅動力，這樣就做成了一個共振篩，如圖成了一個共振篩，如圖1156所示。篩子做

21、自由振動所示。篩子做自由振動時，完成時，完成10次全振動用時次全振動用時15 s，在某電壓下，電動偏心，在某電壓下，電動偏心輪轉速是輪轉速是36 r/min。已知增大電壓可使偏心輪轉速提高；。已知增大電壓可使偏心輪轉速提高；增加篩子質(zhì)量，可以增大篩子的固有周期，那么要使篩增加篩子質(zhì)量，可以增大篩子的固有周期，那么要使篩子的振幅增大，下列做法正確的是子的振幅增大，下列做法正確的是()圖圖1156A提高輸入電壓提高輸入電壓B降低輸入電壓降低輸入電壓C增加篩子質(zhì)量增加篩子質(zhì)量 D減小篩子質(zhì)量減小篩子質(zhì)量審題指導審題指導解答本題時應注意以下兩點。解答本題時應注意以下兩點。(1)篩子的振幅與哪些物理量有關。篩子的振幅與哪些物理量有關。(2)偏心輪的周期與哪些物理量有關。偏心輪的周期與哪些物理量有關。答案答案AC (1)在分析解答有關共振問題時，要抓住產(chǎn)生共振的條在分析解答有關共振問題時，要抓住產(chǎn)生共振的條件：驅動力的頻率等于固有頻率時產(chǎn)生共振，此時振動的振件：驅動力的頻率等于固有頻率時產(chǎn)生共振，此時振動的振幅最大。幅最大。 (2)在解決有關共振的實際問題時，要抽象出受迫振動在解決有關共振的實際問題時，要抽象出受迫振動這一物理模型，弄清驅動力頻率和固有頻率，然后利用共振這一物理模型，弄清驅動力頻率和固有頻率，然后利用共振的條件進行求解。的條件進行求解。