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34

物 理選修選修3-4 人教版人教版第十一章機械振動機械振動第五節(jié)第五節(jié) 外力作用下的振動外力作用下的振動了解阻尼振動、受迫振動、共振的概念了解阻尼振動、受迫振動、共振的概念掌握發(fā)生共振的條件，了解共振的防止和利用掌握發(fā)生共振的條件，了解共振的防止和利用1 1課前預習課前預習2 2課內(nèi)探究課內(nèi)探究3 3素養(yǎng)提升素養(yǎng)提升4 4課堂達標課堂達標5 5課時作業(yè)課時作業(yè)課課 前前 預預 習習 1固有振動 振動系統(tǒng)_的振動。 2固有頻率 _振動的頻率。 3阻尼振動 振幅_的振動。固有振動、阻尼振動固有振動、阻尼振動在不受外力作用下在不受外力作用下 固有固有 逐漸減小逐漸減小 4對阻尼振動的理解 (1)阻尼振動振幅減小的快慢跟所受阻尼的大小有關(guān)。阻尼越大，_得越快。 (2)阻尼振動若在一段不太長的時間內(nèi)振幅沒有明顯的減小，可以把它當做_來處理。振幅減小振幅減小 簡諧運動簡諧運動 1驅(qū)動力 作用于振動系統(tǒng)的_外力。 2受迫振動 系統(tǒng)在_作用下的振動叫受迫振動。 3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_的頻率，與系統(tǒng)的_無關(guān)。受迫振動受迫振動周期性周期性 驅(qū)動力驅(qū)動力 驅(qū)動力驅(qū)動力 固有頻率固有頻率 1條件 驅(qū)動力頻率_系統(tǒng)的固有頻率。 2特征 共振時受迫振動的_最大。共振共振等于等于 振幅振幅 3共振的應用與防止 (1)共振的應用 采用方法：在應用共振時，驅(qū)動力頻率接近或等于振動系統(tǒng)的_。 實例：轉(zhuǎn)速計、_。 (2)共振的防止 采用方法：在防止共振時，驅(qū)動力頻率與系統(tǒng)的_相差越大越好。 實例：部隊過橋時用_；火車過橋時_；輪船航行時，改變航向或_。目的都是驅(qū)動力的頻率_物體的固有頻率。固有頻率固有頻率 共振篩共振篩 固有頻率固有頻率 便步便步 減速減速 航速航速 遠離遠離 判一判 (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。() (2)單擺的振幅越來越小，是因為其能量在不斷消失。() (3)在外力作用下的振動就是受迫振動。() (4)受迫振動的頻率與振動系統(tǒng)的固有頻率無關(guān)。() (5)驅(qū)動力頻率越大，振幅越大。() (6)共振只有害處沒有好處。() 選一選 (陜西西北大學附中2016年高二下學期期中)如圖所示，五個擺懸掛于同一根繃緊的水平繩上，先讓A擺動起來(擺角不超過5)，下列結(jié)論正確的是 () AE擺發(fā)生振動，其余擺均不動 B所有的擺以相同的頻率振動 C所有的擺以相同的擺角振動 D以上說法均不正確 解析：B、C、D、E球做受迫振動，其頻率均與A球的頻率相同，E的擺角最大，選項B正確。B 想一想 某工廠的一個車間里，機器一開動，整個車間就灰塵四起，即對工人的健康有害，也影響產(chǎn)品的質(zhì)量，為此廠里請來了一個建筑工程師，他到車間看后，叫人在車間里建了幾根水泥立柱，問題就解決了。請你解釋其中的奧秘。 答案：建幾根水泥立柱，改變了車間的固有頻率，使之不再與機器的振動頻率接近，避免車間產(chǎn)生共振現(xiàn)象。課課 內(nèi)內(nèi) 探探 究究 生活中會見到陣風吹過樹枝，使樹枝左右搖擺，一會兒樹枝就會停下來，而蕩秋千的小朋友在一旁大人的不斷推動下不停地擺動。 (1)樹枝的運動是什么運動？ (2)秋千的擺動是什么運動？ 提示：(1)阻尼振動(2)受迫振動探究一比較簡諧運動、阻尼振動與受迫振動探究一比較簡諧運動、阻尼振動與受迫振動 1認識三種振動 (1)簡諧運動是一種理想化的模型，物體運動過程中的一切阻力都不考慮。 (2)阻尼振動考慮阻力的影響，是更實際的一種運動。 (3)受迫振動是物體做阻尼振動時受到周期性驅(qū)動力作用下的振動。 2簡諧運動、阻尼振動與受迫振動的比較 特別提醒：(1)阻尼振動的頻率：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。(2)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。當阻力很小時，可認為是簡諧運動。(多選)一單擺在空氣中振動，振幅逐漸減小，下列說法正確的是( ) A單擺的機械能逐漸轉(zhuǎn)化為其他形式的能 B單擺后一時刻的動能一定小于前一時刻的動能 C單擺振幅減小，頻率也隨著減小 D單擺振幅雖然減小，但其頻率不變AD 解題指導：理解阻尼振動要從兩個方面入手：一是從振動能量上來講，由于阻力做功，振動物體的機械能逐漸減小，振幅逐漸變小，但由于振動中動能與勢能相互轉(zhuǎn)化，不能說下一時刻的動能(或勢能)變小；二是從振動周期、頻率上看，周期與頻率由振動系統(tǒng)本身決定，阻尼振動中周期、頻率不變。 解析：單擺做阻尼振動，因不斷克服空氣阻力做功使機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但是在振動過程中，動能和勢能仍不斷相互轉(zhuǎn)化，不能確定兩個時刻的動能與勢能的大小關(guān)系，故選項A正確，選項B錯誤。做阻尼振動的物體，頻率由系統(tǒng)的特征決定，與振幅無關(guān)，所以其頻率不變，選項C錯誤，選項D正確。 對點訓練1(多選)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：實際的自由振動中，由于阻力不可避免，故是阻尼振動，A正確；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，B錯誤；阻尼振動振幅越來越小，C正確；受迫振動穩(wěn)定后的頻率等于驅(qū)動力的頻率，D正確。ACD 用扁擔挑水時，有時桶里的水會蕩得厲害，并從桶中濺出來，這是為什么？探究二對共振的理解探究二對共振的理解提示：提示：人挑水時，通過扁擔對水桶施加周期性的驅(qū)動力，當驅(qū)動力的頻率人挑水時，通過扁擔對水桶施加周期性的驅(qū)動力，當驅(qū)動力的頻率等于桶里水的固有頻率時，水發(fā)生共振，水的動蕩就越來越厲害，就會從桶中等于桶里水的固有頻率時，水發(fā)生共振，水的動蕩就越來越厲害，就會從桶中濺出來。濺出來。 1共振的定義 物體做受迫振動時，當驅(qū)動力的頻率等于系統(tǒng)的固有頻率時，振動的振幅最大，這種現(xiàn)象叫共振。 2發(fā)生共振的條件 f驅(qū)f固，即驅(qū)動力的頻率等于振動系統(tǒng)的固有頻率。 3共振曲線 如圖所示。 共振曲線直觀地反映出驅(qū)動力的頻率對受迫振動物體振幅的影響。由共振曲線可知，當驅(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。 4從功能關(guān)系理解 當驅(qū)動力的頻率等于固有頻率時，驅(qū)動力整個周期都與物體運動方向一致，從而任何時間都做正功，振動能量不斷增加，直到增加的能量等于克服阻力消耗的能量時，振幅達到最大值。 特別提醒：(1)受迫振動的振幅與驅(qū)動力頻率有關(guān)。 (2)受迫振動的振幅可以不變，但受迫振動的機械能是不守恒的。 (3)共振是物體做受迫振動時的一種特殊現(xiàn)象。 共振有利時盡量讓f接近f0，有害時盡量讓f遠離f0。如圖所示，在曲軸A上懸掛一個彈簧振子，如果不轉(zhuǎn)動把手B，而用手向下拉振子小球m，放開手后，讓小球上下自由振動測得彈簧振子做30次全振動所用的時間是15s；如果勻速轉(zhuǎn)動把手，也可使彈簧振子上下振動。若使把手以轉(zhuǎn)速n30r/min勻速轉(zhuǎn)動，當彈簧振子的振動達到穩(wěn)定后，它的振動周期是_s。若要想使彈簧振子的振幅達到最大，則把手的轉(zhuǎn)速應為_r/min。2 120 解題指導：勻速轉(zhuǎn)動搖把后，振子做受迫振動，驅(qū)動力的周期等于把手轉(zhuǎn)動的周期。根據(jù)受迫振動特征f受迫f驅(qū)，有T受迫T驅(qū)。為使振子的振幅達到最大，只要T驅(qū)T固即可。 對點訓練2(遼寧省大連市20172018學年高二下學期期中)一個單擺在地面上做受迫振動，其共振曲線(振幅A與驅(qū)動力頻率f的關(guān)系)如圖所示，則 () A此單擺的固有周期約為0.5s B此單擺的擺長約為1m C若擺長增大，單擺的固有頻率增大 D若擺長增大，共振曲線的峰將向右移動B 素素 養(yǎng)養(yǎng) 提提 升升 (1)利用：由共振的條件知，要利用共振，就應盡量使驅(qū)動力的頻率與物體的固有頻率一致。 (2)防止：由共振曲線可知，在需要防止共振危害時，要盡量使驅(qū)動力的頻率和固有頻率不相等，而且相差越大越好。共振的利用與防止共振的利用與防止(多選)把一個篩子用四根彈簧支起來，篩子上一個電動偏心輪，它每轉(zhuǎn)一周，給篩子一個驅(qū)動力，這樣就做成了一個共振篩(如圖所示)，篩子做自由振動時，完成10次全振動用時15s，在某電壓下，電動偏心輪轉(zhuǎn)速是36r/min。已知增大電壓可使偏心輪轉(zhuǎn)速提高；增加篩子的質(zhì)量，可以增大篩子的固有周期，那么要使篩子的振幅增大，下列哪些做法是正確的( ) A提高輸入電壓 B降低輸入電壓 C增加篩子質(zhì)量 D減小篩子質(zhì)量AC 方法提升： 共振篩的工作原理是利用共振現(xiàn)象，當電動機偏心輪的轉(zhuǎn)動周期跟篩子的固有周期相等時，就會發(fā)生共振。