物理：第4節(jié)《阻尼振動 受迫振動》課件（教科版選修3-4）

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歡迎進入物理課堂 第4節(jié)阻尼振動受迫振動 學習目標 1 知道阻尼振動 知道自由振動和阻尼振動的區(qū)別 2 掌握受迫振動的概念 理解受迫振動的振幅與驅(qū)動力的頻率之間的關系 3 理解共振的原因 掌握產(chǎn)生共振的條件 重點難點 1 決定受迫振動頻率的因素及發(fā)生共振的條件 2 阻尼振動中振幅變化的關系及共振中振幅隨驅(qū)動力頻率變化的關系 第4節(jié) 核心要點突破 課堂互動講練 知能優(yōu)化訓練 課前自主學案 課標定位 課前自主學案 一 阻尼振動1 固有頻率 如果振動系統(tǒng)不受外力作用 也不受任何阻力 只在自身回復力作用下的振動 稱為 其振動頻率稱為 固有頻率由 的特征決定 2 阻尼振動 1 阻力作用下的振動變化 當振動系統(tǒng)受到阻力的作用時 振動受到了 系統(tǒng)克服 的作用要做功 消耗 因而 減小 最后停下來 2 阻尼振動 指 逐漸減小的振動 振動系統(tǒng)受到的阻尼越大 振幅減小得越 自由振動 固有頻率 系統(tǒng)本身 阻力 阻力 機械能 振幅 振幅 快 二 受迫振動阻尼振動最終要停下來 要維持系統(tǒng)的持續(xù)振動 簡單的辦法是使 的外力作用于振動系統(tǒng) 外力對系統(tǒng)做正功 補償系統(tǒng)的能量損耗 這種 的外力叫做驅(qū)動力 系統(tǒng)在 作用下的振動叫做受迫振動 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)的固有頻率無關 周期性 周期性 驅(qū)動力 驅(qū)動力 三 共振 共振的應用和防止1 共振 驅(qū)動力的頻率 振動物體的固有頻率時 受迫振動的振幅最大 這種現(xiàn)象叫做共振 2 共振的應用與防止 1 應用 共振篩等 2 防止 軍隊過橋時要走 步 輪船航行時要適時改變輪船的 與 發(fā)射載人宇宙飛船時要考慮共振可能給宇航員造成的傷害 機器運轉(zhuǎn)和廠房建筑物的固有頻率都不能處在驅(qū)動力的頻率范圍之內(nèi) 等于 轉(zhuǎn)速計 便 航向 速度 思考感悟明代抗倭名將戚繼光曾在城墻根下每隔一定距離挖一深坑 坑里埋置一只容量有七八十升的陶甕 甕口蒙上皮革 讓聽覺聰敏的人伏在這個共鳴器上聽動靜 遇有敵人挖地道攻城的響聲 不僅可以發(fā)覺 而且根據(jù)各甕甕聲的響度差異可以識別來敵的方向和遠近 你知道其中的道理嗎 圖1 4 1 提示 戚繼光是利用了共振的原理來感知敵人的軍情的 核心要點突破 一 簡諧運動 阻尼振動與受迫振動的區(qū)別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 阻尼振動卻考慮阻力的影響 是更實際的一種運動 而受迫振動則是物體做阻尼振動時受到周期性驅(qū)動力作用下的振動 三者對比列表如下 特別提醒 1 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 2 受迫振動中 若驅(qū)動力給系統(tǒng)補充的能量與系統(tǒng)因振動阻尼消耗的能量相等 物體做等幅振動 但此振動不是簡諧運動 即時應用 即時突破 小試牛刀 1 下列說法中正確的是 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解析 選ACD 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A C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 故B錯 受迫振動穩(wěn)定后的頻率由驅(qū)動力頻率決定 與自身物理條件無關 故D對 二 共振及其條件的理解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 圖1 4 2共振曲線 如圖1 4 2所示 共振曲線的橫坐標為驅(qū)動力的頻率 縱坐標為受迫振動物體的振幅 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 從功能關系來看 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 5 共振的防止和應用 根據(jù)發(fā)生共振的條件可知 要防止共振現(xiàn)象的危害 應使驅(qū)動力的頻率盡量遠離物體的固有頻率 應用共振現(xiàn)象 應使驅(qū)動力的頻率等于物體的固有頻率 特別提醒 1 共振是物體做受迫振動時的一種特殊現(xiàn)象 2 f驅(qū)與f固相差越大 振幅越小 相差越小 振幅越大 f驅(qū) f固 振幅最大 即時應用 即時突破 小試牛刀 2 如圖1 4 3所示是物體做受迫振動時的共振曲線 其縱坐標表示物體的 圖1 4 3 A 在不同時刻的位移B 在不同時刻的振幅C 在不同頻率的驅(qū)動力作用下的振幅D 在相同頻率的驅(qū)動力作用下不同物體的振幅解析 選C 受迫振動的共振曲線橫坐標表示驅(qū)動力的頻率f 縱坐標表示同一振動物體在不同頻率的驅(qū)動力作用下的振幅變化 故C項正確 課堂互動講練 一個單擺在做實際的阻尼振動時 A 周期越來越小B 位移越來越大C 振幅越來越小D 機械能越來越小 精講精析 在阻尼振動中 機械能不斷減小 振幅也不斷減小 而周期與振動有無阻尼無關 因而不會變化 而位移本身時刻在變化 并不是越來越大 故選C D 答案 CD 方法總結(jié) 物體做阻尼振動時 振幅雖不斷減小 但振動的頻率仍由自身結(jié)構(gòu)特點所決定 并不會隨振幅的減小而明顯變化 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 可以把它當成簡諧運動來處理 如圖1 4 4所示 在曲軸A上懸掛一個彈簧振子 如果轉(zhuǎn)動把手 曲軸可以帶動彈簧振子上下振動 問 圖1 4 4 1 開始時不轉(zhuǎn)動把手 而用手往下拉振子 然后放手讓振子上下振動 測得振子在10s內(nèi)完成20次全振動 振子做什么振動 其固有周期和固有頻率各是多少 若考慮摩擦和空氣阻力 振子做什么振動 2 在振子正常振動過程中 以轉(zhuǎn)速4r s勻速轉(zhuǎn)動把手 振子的振動穩(wěn)定后 振子做什么運動 其周期是多少 3 若要振子振動的振幅最大 把手的轉(zhuǎn)速應多大 為什么 2 由于把手轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)速為4r s 它給彈簧振子的驅(qū)動力頻率為f驅(qū) 4Hz 周期T驅(qū) 0 25s 故振子做受迫振動 振動達穩(wěn)定狀態(tài)后 其頻率 或周期 等于驅(qū)動力的頻率 或周期 而跟固有頻率 或周期 無關 即f f驅(qū) 4Hz T T驅(qū) 0 25s 3 要使彈簧振子的振幅最大 處于共振狀態(tài) 必須使驅(qū)動力的頻率f驅(qū)等于振子的固有頻率f固 即f驅(qū) f固 2Hz 故把手的轉(zhuǎn)速應為n 2r s 答案 見自主解答 方法總結(jié) 解決這類問題關鍵是區(qū)分物體的固有頻率 驅(qū)動力的頻率和振動物體的頻率 因此在題目中要找準驅(qū)動力 當物體做受迫振動時 其振動頻率就等于驅(qū)動力的頻率 當驅(qū)動力的頻率與物體的固有頻率相等時 此振動物體的振幅最大 同學們 來學校和回家的路上要注意安全 同學們 來學校和回家的路上要注意安全