高中物理 115外力作用下的振动课件 新人教版选修34.pptVIP

课前自主导学 当堂双基达标 课堂互动探究 课后知能检测 教学教法分析 教学方案设计 5外力作用下的振动 课标要求1 知道什么是阻尼振动和阻尼振动中能量转化的情况 2 知道什么是受迫振动 知道受迫振动的频率跟固有频率无关 而等于驱动力的频率 3 知道共振以及发生共振的条件 知道共振的应用和防止的实例 课标解读1 能从能量转化的角度区别阻尼振动和无阻尼振动 2 掌握受迫振动的概念 知道受迫振动的频率等于驱动力的频率 与固有频率无关 3 知道什么是共振及产生共振的条件 4 通过实例分析 知道共振的防止和应用 教学地位本节从生活中常见的阻尼振动分析入手进而引入受迫振动的概念 然后通过演示实验说明受迫振动的周期与驱动力频率的关系 最后通过演示实验证明当f驱 f固时 物体做受迫振动的振幅最大 引入共振的概念 本节具有较强的实用性 新课导入建议实际的振动系统不可避免受到摩擦阻力和其它因素的影响 系统的机械能损耗 导致振动最后停下来 这种振动叫阻尼振动 如果在机械能损耗的同时我们不断地给系统补充能量 物体运动的振动情形又如何呢 这节课我们共同探究这一问题 教学流程设计 1 基本知识 1 固有振动如果振动系统不受的作用 此时的振动叫做固有振动 其振动频率称为 外力 固有频率 2 阻尼振动 阻力作用下的振动当振动系统受到阻力的作用时 振动受到了 系统克服的作用要做功 消耗机械能 因而减小 最后停下来 阻尼 阻尼 振幅 阻尼振动逐渐减小的振动 振动系统受到的 越大 减小得越快 阻尼振动的图象如图11 5 1所示 振幅越来越小 最后停止振动 振幅 阻尼 振幅 实际振动的理想化当很小时 在不太长的时间内看不出振幅明显减小 于是可以把它当做来处理 阻尼 简谐运动 2 思考判断 1 固有频率由系统本身决定 2 阻尼振动的频率不断减小 3 阻尼振动的振幅不断减小 3 探究交流前面我们学习过的弹簧振子的运动是属于简谐运动还是阻尼振动呢 提示 实际的弹簧振子在运动中除受到弹力之外 还受到摩擦力等阻力的作用 振幅逐渐减小 即做的是阻尼振动 如果阻力很小 可以忽略 那么振子的运动就是只在回复力作用下的运动 是简谐运动 1 基本知识 1 受迫振动 持续振动的获得实际的振动由于阻尼作用最终要停下来 要维持系统的持续振动 最简单的办法是使的外力作用于振动系统 外力对系统 补偿系统的能量损耗 驱动力 作用于振动系统的的外力 周期性 做功 周期性 受迫振动 振动系统在 作用下的振动 受迫振动的频率做受迫振动的物体振动稳定后 其振动频率等于的频率 与物体的无关 驱动力 驱动力 固有频率 2 共振 条件 驱动力频率等于物体的固有频率 特征 在无阻尼受迫振动中 共振时受迫振动的振幅最大 共振曲线 如图11 5 2所示 共振的应用与防止a 共振的应用在应用共振时 使驱动力频率振动系统的固有频率 b 共振的防止在防止共振时 使驱动力的频率与系统的固有频率 接近或等于 相差越大越好 2 思考判断 1 受迫振动的频率等于振动系统的固有频率 2 驱动力频率越大 振幅越大 3 生活中应尽量使驱动力的频率接近振动系统的固有频率 3 探究交流用扁担挑水时 有时桶里的水会荡得厉害 并从桶中溅出来 这是为什么 提示 挑水时 由于行走时肩膀的起伏 人通过扁担对水桶的作用 使水因受到周期性的驱动力而产生受迫振动 当驱动力频率接近或等于桶里水的固有频率时 水桶里的水就发生共振 所以水的动荡越来越厉害 直到溅出来 问题导思 1 阻尼振动与无阻尼振动有何区别 2 你能否举例说出日常生活中的阻尼振动和无阻尼振动 阻尼振动与无阻尼振动的比较 多选 2014 丽水检测 一单摆在空气中振动 振幅逐渐减小 下列说法正确的是 a 机械能逐渐转化为其他形式的能b 后一时刻的动能一定小于前一时刻的动能c 后一时刻的势能一定小于前一时刻的势能d 后一时刻的机械能一定小于前一时刻的机械能 审题指导 在阻尼振动中 振动系统的机械能减小 即动能和势能之和减小 但在一段较短的时间内 动能和势能不一定都减小 关键要看动能与势能之间是如何转化的 解析 单摆振动过程中 因不断克服空气阻力做功 使机械能逐渐转化为内能 选项a和d对 虽然单摆总的机械能在逐渐减小 但在振动过程中动能和势能仍不断地相互转化 动能转化为势能时 动能逐渐减小 势能逐渐增大 而势能转化为动能时 势能逐渐减小 动能逐渐增大 所以不能断言后一时刻的动能 或势能 一定小于前一时刻的动能 或势能 故选项b c不对 答案 ad 1 多选 2013 信阳检测 若空气阻力不可忽略 单摆在偏角很小的摆动中 总是减小的物理量为 a 振幅b 位移c 周期d 机械能 答案 ad 问题导思 1 受迫振动和自由振动有何区别 2 共振的条件是什么 3 如何从功能的角度分析共振现象 1 自由振动 受迫振动 共振的比较 根据规律特点 用大家熟悉的成语去比拟 会受到意想不到的效果 1 自由振动 江山易改 本性难移 2 受迫振动 寄人篱下 身不由己 3 共振 情投意合 心随你动 2 对共振的理解 1 从受力角度来看振动物体所受驱动力的方向跟它的运动方向相同时 驱动力对它起加速作用 使它的振幅增大 驱动力的频率跟物体的固有频率越接近 使物体振幅增大的力的作用次数就越多 当驱动力频率等于物体的固有频率时 它的每一次作用都使物体的振幅增加 从而使振幅达到最大 2 从功能关系来看当驱动力频率越接近物体的固有频率时 驱动力与物体运动一致的次数越多 驱动力对物体做正功越多 振幅就越大 当驱动力频率等于物体固有频率时 驱动力始终对物体做正功 使振动能量不断增加 振幅不断增大 直到增加的能量等于克服阻尼作用损耗的能量时 振幅才不再增加 3 共振曲线 两轴的意义纵轴 受迫振动的振幅 如图11 5 3所示 横轴 驱动力频率 f0的意义表示固有频率 认识曲线形状f f0 共振 f f0或f f0 振幅较小 相差越大 振幅越小 多选 一砝码和一轻弹簧构成弹簧振子 图11 5 4甲所示的装置可用于研究该弹簧振子的受迫振动 匀速转动把手时 曲杆给弹簧振子以驱动力 使振子做受迫振动 把手匀速转动的周期就是驱动力的周期 改变把手匀速转动的速度就可以改变驱动力的周期 若保持把手不变 给砝码一向下的初速度 砝码便做简谐运动 振动图线如图11 5 4乙所示 当把手以某一速度匀速转动 受迫振动达到稳定时 砝码的振动图线如图丙所示 若用t0表示弹簧振子的固有周期 t表示驱动力的周期 y表示受迫振动达到稳定后砝码振动的振幅 则 a 由图线可知t0 4sb 由图线可知t0 8sc 当t在4s附近时 y显著增大 当t比4s小得多或大得多时 y很小d 当t在8s附近时 y显著增大 当t比8s小得多或大得多时 y很小 审题指导 1 由乙图可知振子的固有周期 2 由丙图可知驱动力的周期 3 最后利用共振的条件分析判断 解析 图乙是弹簧振子未加驱动力时振动的图线 故由题图乙读出的周期为其振动的固有周期 即t0 4s 图丙是弹簧振子在驱动力作用下的振动图线 做受迫振动的物体 其振动的周期等于驱动力的周期 即t 8s 当固有周期与驱动力的周期相同时 其振幅最大 周期差别越大 其振动振幅越小 由以上分析可知 a c对 答案 ac 解决这类问题关键是区分物体的固有频率 驱动力的频率和振动物体的频率 因此在题目中要找准驱动力 当物体做受迫振动时 其振动频率就等于驱动力的频率 当驱动力的频率与物体的固有频率相等时 此振动物体振动的振幅最大 2 2013 江苏高考 如图11 5 5所示的装置 弹簧振子的固有频率是4hz 现匀速转动把手 给弹簧振子以周期性的驱动力 测得弹簧振子振动达到稳定时的频率为1hz 则把手转动的频率为 a 1hzb 3hzc 4hzd 5hz 解析 根据受迫振动的频率等于驱动力的频率 选项a正确 答案 a 2014 龙岩检测 如图11 5 6为一单摆的共振曲线 图中横轴表示周期性驱动力的频率 纵轴表示单摆的振幅 求此单摆的摆长 答案 1 56m 解决共振问题的思路1 在分析解答有关共振问题时 要抓住产生共振的条件分析 驱动力的频率等于固有频率时产生共振 此时振动的振幅最大 2 在解决有关共振的实际问题时 要抽象出受迫振动这一物理模型 弄清驱动力频率和固有频率 然后利用共振的条件进行求解 3 图象法解决问题直观方便 利用共振图线可以找出最大振幅 以及振动的固有频率或固有周期 然后再利用周期公式进行分析 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 振动过程中 机械能不守恒 周期不变 解析 在阻尼振动中 机械能不断减小 振幅也不断减小 而周期与振动有无阻尼无关 因而不会变化 故b d正确 答案 bd 2 洗衣机正常工作时外壳的振动比较平稳 但是切断电源后的洗衣机外壳某一时刻振动非常厉害 如图11 5 7甲所示 水波波纹大 过一会儿又振动平稳些 如图乙所示 水波波纹小 对此正确的解释是 a 随着转速变化 固有频率越来越大b 随着转速变化 固有频率越来越小c 随着转速变化 驱动力频率越来越大d 驱动力频率由接近固有频率逐渐远离固有频率 解析 固有频率由振动系统本身因素决定 与转速等因素无关 a b错 切断电源后 洗衣机做受迫振动 电动机转速变慢 周期变长 频率减小 开始振动厉害是洗衣机的共振现象 根据共振条件可知 驱动力频率由接近固有频率逐渐远离固有频率 d对 答案 d 3 2013 烟台质检 如图11 5 8所示的演示装置 一根张紧的水平绳上挂着五个单摆 其中a e摆长相同 先使a摆动 其余各摆也摆动起来 可以发现振动稳定后 a 各摆的固有周期均相同b 各摆振动的周期均与a摆相同c c摆振幅最大d b摆振动周期最小 解析 单摆的固有周期由摆长决定 故除a e固有周期相同外 其他摆的固有周期都不相同 a错 a摆动后 通过水平绳对周围的b c d e四个单摆提供周期性的驱动力 四摆都在同一驱动力作用下运动 故它们的振动周期均与a摆的固有周期相同 b对 d错 其中e摆发生共振现象 振幅最大 c错 答案 b 4 多选 2014 临川检测 图11 5 9表示一弹簧振子做受迫振动时的振幅与驱动力频率的关系 由图可知 a 驱动力频率为f2时 振子处于共振状态b 驱动力频率为f3时 振子振动频率为f3c 假如让振子自由振动 它的频率为f2d 振子做自由振动时 频率可以为f1 f2 f3 解析 理解共振曲线是关键 驱动力频率为f2时弹簧振子的振幅最大 f2也就等于弹簧振子的固有频率 故振子自由振动时 它的频率为固有频率f2 当驱动力频率为f1 f3时 弹簧振子只做受迫振动 其频率与振子固有频率无关 a b c正确 答案 abc 5 如