2018-2019版高中物理 第1章 机械振动 1.5 受迫振动与共振课件 沪科版选修3-4.pptVIP

1.5受迫振动与共振,第1章机械振动,学习目标,1.知道阻尼振动和无阻尼振动并能从能量的观点给予说明.2.知道受迫振动的概念，知道受迫振动的频率等于驱动力的频率，而跟振动物体的固有频率无关.3.理解共振的概念，知道常见的共振的应用和危害.,内容索引,重点探究启迪思维探究重点,达标检测检测评价达标过关,自主预习预习新知夯实基础,自主预习,1.振动系统在振动过程中由于受到介质作用而不断损失机械能，致使不断减小，这种振动叫做振动.2.振动系统在变化的外力作用下，得到了能量补偿，使振动持续下去，这种外力叫做力，系统在周期性变化的力作用下的振动叫做振动.3.振子做自由振动时的频率叫做振动系统的.4.物体做时，振动稳定后的频率等于的频率，跟物体自身的无关.5.当驱动力的频率跟物体的固有频率时，物体做受迫振动的振幅最大，这种现象叫做.,阻力,振幅,驱动,周期性,阻尼,驱动,受迫,固有频率,固有频率,受迫振动,驱动力,共振,相等,重点探究,一、振动中的能量损失,导学探究1.在研究弹簧振子和单摆振动时，我们强调忽略阻力的影响，它们做的振动都属于简谐运动.如图1所示，置于空气中的弹簧振子振动时，它的振幅有没有变化？它会一直振动下去吗？,答案振子在空气中振动时，振幅缓慢减小，最终会停止振动.,答案,图1,2.若将振子浸没在水中，振子的振动情况有什么明显变化？,答案振子在水中振动时，会发现振幅明显减小，振动很快停止.,答案,知识深化1.对阻尼振动的理解(1)同一简谐运动能量的大小由振幅的大小确定.(2)阻尼振动中振幅减小的快慢跟所受阻尼的大小有关，阻尼越大，振幅减小得越快.(3)物体做阻尼振动时，振幅虽不断减小，但振动的频率仍由自身结构特点所决定，并不会随振幅的减小而变化.例如，用力敲锣，由于锣受到空气的阻尼作用，振幅越来越小，锣声减弱，但音调不变.(4)阻尼振动若在一段不太长的时间内振幅没有明显的减小，可以把它当作简谐运动来处理.,2.阻尼振动和无阻尼振动的比较,例1(多选)一单摆做阻尼振动，则在振动过程中A.振幅越来越小，周期也越来越小B.振幅越来越小，周期不变C.在振动过程中，通过某一位置时，机械能始终不变D.在振动过程中，机械能不守恒，周期不变,答案,解析该题考查阻尼振动的能量和周期.因单摆做阻尼振动，所以振幅越来越小，机械能越来越小，振动周期不变.,解析,二、受迫振动,导学探究如图2所示，若把弹簧振子挂在曲轴上，然后均匀转动曲轴，等到振动稳定后发现振幅不会减小，而且弹簧振子的频率与曲轴转动频率相等.当改变曲轴转动频率时，振子的频率也随之发生变化.(1)为什么振子的振幅不会减小？,答案,图2,答案因为驱动力对其做功，周期性的补充能量，故振子的振幅不会减小.,(2)振子受迫振动的频率与振子的固有频率、驱动力的频率之间有什么关系？,答案,答案振子受迫振动的频率与驱动力的频率相等，与振子的固有频率无关.,知识深化1.受迫振动加在振动系统上的周期性外力，叫做驱动力.系统在驱动力作用下的振动叫做受迫振动.2.受迫振动的周期和频率物体做受迫振动时，振动稳定后的频率等于驱动力的频率，跟物体的固有频率无关.,例2如图3所示，在曲轴上悬挂一弹簧振子，转动摇把，曲轴可以带动弹簧振子上下振动.开始时不转动摇把，让振子自由上下振动，测得其频率为2Hz，然后以60r/min的转速匀速转动摇把，当振子振动稳定时，它的振动周期为A.0.25sB.0.5sC.1sD.2s,答案,图3,解析弹簧振子受摇把的作用而振动，做受迫振动，所以其振动的周期等于驱动力的周期，故正确答案为C.,解析,三、共振及其产生的条件,导学探究如图4所示，几个不同的单摆悬挂在同一根较粗的绳子上，其中A、D摆长相等，使A摆摆动起来后，A摆的振动带动绳子做同样频率的晃动，就给了其他几个摆周期性变化的驱动力，使它们都振动起来.(1)B、C、D、E摆振动的频率是否相等？等于什么？,图4,答案,答案B、C、D、E摆振动的频率都相等，等于A的振动频率.,(2)可观察到D的振幅最大，由此得出什么结论？,答案,答案当驱动力频率跟物体固有频率相等时，物体做受迫振动的振幅最大.,知识深化1.共振的条件驱动力的频率与物体的固有频率相等，即ff固.2.共振曲线如图5所示，共振曲线的横坐标为驱动力的频率，纵坐标为受迫振动物体的振幅.由共振曲线可知，当驱动力的频率与物体的固有频率相等时，受迫振动的振幅最大.,图5,3.共振的利用与防止(1)利用：由共振的条件知，要利用共振，就应尽量使驱动力的频率与物体的固有频率一致.如：共振筛、荡秋千、共振转速计等.(2)防止：由共振曲线可知，在需要防止共振危害时，要尽量使驱动力的频率与固有频率不相等，而且相差越大越好.如：部队过桥应便步走.,4.固有振动、受迫振动、共振的比较,例3(多选)一个单摆做受迫振动，其共振曲线(振幅A与驱动力的频率f的关系)如图6所示，则A.此单摆的固有周期为2sB.此单摆的摆长约为1mC.若摆长增大，单摆的固有频率增大D.若摆长增大，共振曲线的峰将向右移动,答案,解析,图6,解析由共振条件知单摆固有频率为f0.5Hz，则其固有周期为T2s，选项A正确；由单摆周期公式T2，可求得单摆摆长为l1m，选项B对；摆长增大，单摆的周期变大，其固有频率变小，共振曲线的峰将向左移动，选项C、D错.,课堂要点小结,受迫振动与共振,阻尼振动,特征：振幅递减能量转化：机械能转化为内能,受迫振动,条件：ff固特点：受迫振动的振幅最大共振现象的利用和防止,共振,固有振动,固有频率：由系统本身决定振幅不变：机械能不变,驱动力受迫振动的频率等于驱动力的频率,达标检测,1.(多选)如图7所示，在一根张紧的水平绳上悬挂五个摆，其中A、E的摆长为l，B的摆长为0.5l，C的摆长为1.5l，D的摆长为2l，先使A振动起来，其他各摆随后也振动起来，则摆球振动稳定后A.D的振幅一定最大B.E的振幅一定最大C.B的周期一定最短D.其余四个摆的周期相同,答案,解析,图7,1,2,解析A振动起来后，使得B、C、D、E做受迫振动，振动的频率都等于A振动的频率，即各摆振动的周期都相等，选项C错误，D正确；由于D与A的摆长相差最大，E与A的摆长相等，所以D的振幅最小，E发生共振，振幅最大，选项A错误，B正确.,1,2,1,2,2.(多选)下列关于共振的防止和利用的说法，正确的是A.共振现象总是有害的，所