物理 第十一章 機(jī)械振動(dòng) 第5節(jié) 外力作用下的振動(dòng) 新人教版選修3-4

物 理選修選修3-4 人教版人教版第十一章機(jī)械振動(dòng)機(jī)械振動(dòng)第五節(jié)第五節(jié) 外力作用下的振動(dòng)外力作用下的振動(dòng)了解阻尼振動(dòng)、受迫振動(dòng)、共振的概念了解阻尼振動(dòng)、受迫振動(dòng)、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(yù)習(xí)課前預(yù)習(xí)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(dá)標(biāo)課堂達(dá)標(biāo)5 5課時(shí)作業(yè)課時(shí)作業(yè)課課 前前 預(yù)預(yù) 習(xí)習(xí) 1固有振動(dòng) 振動(dòng)系統(tǒng)_的振動(dòng)。 2固有頻率 _振動(dòng)的頻率。 3阻尼振動(dòng) 振幅_的振動(dòng)。固有振動(dòng)、阻尼振動(dòng)固有振動(dòng)、阻尼振動(dòng)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(duì)阻尼振動(dòng)的理解 (1)阻尼振動(dòng)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(dòng)若在一段不太長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)振幅沒(méi)有明顯的減小，可以把它當(dāng)做_來(lái)處理。振幅減小振幅減小 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng) 1驅(qū)動(dòng)力 作用于振動(dòng)系統(tǒng)的_外力。 2受迫振動(dòng) 系統(tǒng)在_作用下的振動(dòng)叫受迫振動(dòng)。 3受迫振動(dòng)的頻率 做受迫振動(dòng)的系統(tǒng)振動(dòng)穩(wěn)定后，其振動(dòng)頻率等于_的頻率，與系統(tǒng)的_無(wú)關(guān)。受迫振動(dòng)受迫振動(dòng)周期性周期性 驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)力 驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)力 固有頻率固有頻率 1條件 驅(qū)動(dòng)力頻率_系統(tǒng)的固有頻率。 2特征 共振時(shí)受迫振動(dòng)的_最大。共振共振等于等于 振幅振幅 3共振的應(yīng)用與防止 (1)共振的應(yīng)用 采用方法：在應(yīng)用共振時(shí)，驅(qū)動(dòng)力頻率接近或等于振動(dòng)系統(tǒng)的_。 實(shí)例：轉(zhuǎn)速計(jì)、_。 (2)共振的防止 采用方法：在防止共振時(shí)，驅(qū)動(dòng)力頻率與系統(tǒng)的_相差越大越好。 實(shí)例：部隊(duì)過(guò)橋時(shí)用_；火車過(guò)橋時(shí)_；輪船航行時(shí)，改變航向或_。目的都是驅(qū)動(dòng)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(yuǎn)離遠(yuǎn)離 判一判 (1)阻尼振動(dòng)是機(jī)械能不斷減小的振動(dòng)，它一定不是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。() (2)單擺的振幅越來(lái)越小，是因?yàn)槠淠芰吭诓粩嘞А?) (3)在外力作用下的振動(dòng)就是受迫振動(dòng)。() (4)受迫振動(dòng)的頻率與振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率無(wú)關(guān)。() (5)驅(qū)動(dòng)力頻率越大，振幅越大。() (6)共振只有害處沒(méi)有好處。() 選一選 (陜西西北大學(xué)附中2016年高二下學(xué)期期中)如圖所示，五個(gè)擺懸掛于同一根繃緊的水平繩上，先讓A擺動(dòng)起來(lái)(擺角不超過(guò)5)，下列結(jié)論正確的是 () AE擺發(fā)生振動(dòng)，其余擺均不動(dòng) B所有的擺以相同的頻率振動(dòng) C所有的擺以相同的擺角振動(dòng) D以上說(shuō)法均不正確 解析：B、C、D、E球做受迫振動(dòng)，其頻率均與A球的頻率相同，E的擺角最大，選項(xiàng)B正確。B 想一想 某工廠的一個(gè)車間里，機(jī)器一開(kāi)動(dòng)，整個(gè)車間就灰塵四起，即對(duì)工人的健康有害，也影響產(chǎn)品的質(zhì)量，為此廠里請(qǐng)來(lái)了一個(gè)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(wèn)題就解決了。請(qǐng)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(jī)器的振動(dòng)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(huì)見(jiàn)到陣風(fēng)吹過(guò)樹(shù)枝，使樹(shù)枝左右搖擺，一會(huì)兒樹(shù)枝就會(huì)停下來(lái)，而蕩秋千的小朋友在一旁大人的不斷推動(dòng)下不停地?cái)[動(dòng)。 (1)樹(shù)枝的運(yùn)動(dòng)是什么運(yùn)動(dòng)？ (2)秋千的擺動(dòng)是什么運(yùn)動(dòng)？ 提示：(1)阻尼振動(dòng)(2)受迫振動(dòng)探究一比較簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)、阻尼振動(dòng)與受迫振動(dòng)探究一比較簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)、阻尼振動(dòng)與受迫振動(dòng) 1認(rèn)識(shí)三種振動(dòng) (1)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是一種理想化的模型，物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的一切阻力都不考慮。 (2)阻尼振動(dòng)考慮阻力的影響，是更實(shí)際的一種運(yùn)動(dòng)。 (3)受迫振動(dòng)是物體做阻尼振動(dòng)時(shí)受到周期性驅(qū)動(dòng)力作用下的振動(dòng)。 2簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)、阻尼振動(dòng)與受迫振動(dòng)的比較 特別提醒：(1)阻尼振動(dòng)的頻率：阻尼振動(dòng)中振幅雖逐漸減小，但振動(dòng)頻率不會(huì)變化，此頻率稱為固有頻率，由振動(dòng)系統(tǒng)決定。(2)阻尼振動(dòng)與簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的關(guān)系：實(shí)際的振動(dòng)都會(huì)受到阻力的作用，是阻尼振動(dòng)。當(dāng)阻力很小時(shí)，可認(rèn)為是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。(多選)一單擺在空氣中振動(dòng)，振幅逐漸減小，下列說(shuō)法正確的是( ) A單擺的機(jī)械能逐漸轉(zhuǎn)化為其他形式的能 B單擺后一時(shí)刻的動(dòng)能一定小于前一時(shí)刻的動(dòng)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(dǎo)：理解阻尼振動(dòng)要從兩個(gè)方面入手：一是從振動(dòng)能量上來(lái)講，由于阻力做功，振動(dòng)物體的機(jī)械能逐漸減小，振幅逐漸變小，但由于振動(dòng)中動(dòng)能與勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化，不能說(shuō)下一時(shí)刻的動(dòng)能(或勢(shì)能)變??；二是從振動(dòng)周期、頻率上看，周期與頻率由振動(dòng)系統(tǒng)本身決定，阻尼振動(dòng)中周期、頻率不變。 解析：?jiǎn)螖[做阻尼振動(dòng)，因不斷克服空氣阻力做功使機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但是在振動(dòng)過(guò)程中，動(dòng)能和勢(shì)能仍不斷相互轉(zhuǎn)化，不能確定兩個(gè)時(shí)刻的動(dòng)能與勢(shì)能的大小關(guān)系，故選項(xiàng)A正確，選項(xiàng)B錯(cuò)誤。做阻尼振動(dòng)的物體，頻率由系統(tǒng)的特征決定，與振幅無(wú)關(guān)，所以其頻率不變，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，選項(xiàng)D正確。 對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練1(多選)下列說(shuō)法正確的是( ) A實(shí)際的自由振動(dòng)必然是阻尼振動(dòng) B在外力作用下的振動(dòng)是受迫振動(dòng) C阻尼振動(dòng)的振幅越來(lái)越小 D受迫振動(dòng)穩(wěn)定后的頻率與自身物理?xiàng)l件無(wú)關(guān) 解析：實(shí)際的自由振動(dòng)中，由于阻力不可避免，故是阻尼振動(dòng)，A正確；只有在周期性外力(驅(qū)動(dòng)力)的作用下物體所做的振動(dòng)才是受迫振動(dòng)，B錯(cuò)誤；阻尼振動(dòng)振幅越來(lái)越小，C正確；受迫振動(dòng)穩(wěn)定后的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，D正確。ACD 用扁擔(dān)挑水時(shí)，有時(shí)桶里的水會(huì)蕩得厲害，并從桶中濺出來(lái)，這是為什么？探究二對(duì)共振的理解探究二對(duì)共振的理解提示：提示：人挑水時(shí)，通過(guò)扁擔(dān)對(duì)水桶施加周期性的驅(qū)動(dòng)力，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率人挑水時(shí)，通過(guò)扁擔(dān)對(duì)水桶施加周期性的驅(qū)動(dòng)力，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率等于桶里水的固有頻率時(shí)，水發(fā)生共振，水的動(dòng)蕩就越來(lái)越厲害，就會(huì)從桶中等于桶里水的固有頻率時(shí)，水發(fā)生共振，水的動(dòng)蕩就越來(lái)越厲害，就會(huì)從桶中濺出來(lái)。濺出來(lái)。 1共振的定義 物體做受迫振動(dòng)時(shí)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率等于系統(tǒng)的固有頻率時(shí)，振動(dòng)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(dòng)力的頻率等于振動(dòng)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(dòng)力的頻率對(duì)受迫振動(dòng)物體振幅的影響。由共振曲線可知，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率與物體的固有頻率相等時(shí)，受迫振動(dòng)的振幅最大。 4從功能關(guān)系理解 當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率等于固有頻率時(shí)，驅(qū)動(dòng)力整個(gè)周期都與物體運(yùn)動(dòng)方向一致，從而任何時(shí)間都做正功，振動(dòng)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(shí)，振幅達(dá)到最大值。 特別提醒：(1)受迫振動(dòng)的振幅與驅(qū)動(dòng)力頻率有關(guān)。 (2)受迫振動(dòng)的振幅可以不變，但受迫振動(dòng)的機(jī)械能是不守恒的。 (3)共振是物體做受迫振動(dòng)時(shí)的一種特殊現(xiàn)象。 共振有利時(shí)盡量讓f接近f0，有害時(shí)盡量讓f遠(yuǎn)離f0。如圖所示，在曲軸A上懸掛一個(gè)彈簧振子，如果不轉(zhuǎn)動(dòng)把手B，而用手向下拉振子小球m，放開(kāi)手后，讓小球上下自由振動(dòng)測(cè)得彈簧振子做30次全振動(dòng)所用的時(shí)間是15s；如果勻速轉(zhuǎn)動(dòng)把手，也可使彈簧振子上下振動(dòng)。若使把手以轉(zhuǎn)速n30r/min勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)彈簧振子的振動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定后，它的振動(dòng)周期是_s。若要想使彈簧振子的振幅達(dá)到最大，則把手的轉(zhuǎn)速應(yīng)為_(kāi)r/min。2 120 解題指導(dǎo)：勻速轉(zhuǎn)動(dòng)搖把后，振子做受迫振動(dòng)，驅(qū)動(dòng)力的周期等于把手轉(zhuǎn)動(dòng)的周期。根據(jù)受迫振動(dòng)特征f受迫f(wàn)驅(qū)，有T受迫T驅(qū)。為使振子的振幅達(dá)到最大，只要T驅(qū)T固即可。 對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練2(遼寧省大連市20172018學(xué)年高二下學(xué)期期中)一個(gè)單擺在地面上做受迫振動(dòng)，其共振曲線(振幅A與驅(qū)動(dòng)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(zhǎng)約為1m C若擺長(zhǎng)增大，單擺的固有頻率增大 D若擺長(zhǎng)增大，共振曲線的峰將向右移動(dòng)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(yīng)盡量使驅(qū)動(dòng)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(shí)，要盡量使驅(qū)動(dòng)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(gè)篩子用四根彈簧支起來(lái)，篩子上一個(gè)電動(dòng)偏心輪，它每轉(zhuǎn)一周，給篩子一個(gè)驅(qū)動(dòng)力，這樣就做成了一個(gè)共振篩(如圖所示)，篩子做自由振動(dòng)時(shí)，完成10次全振動(dòng)用時(shí)15s，在某電壓下，電動(dòng)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(dāng)電動(dòng)機(jī)偏心輪的轉(zhuǎn)動(dòng)周期跟篩子的固有周期相等時(shí)，就會(huì)發(fā)生共振。