高中物理 第十一章 第5节 外力作用下的振动课件 新人教版选修34.ppt

第十一章 第5节 新知预习 巧设计 名师课堂 一点通 创新演练 大冲关 随堂检测归纳小结 课下作业综合提升 要点一 要点二 要点三 1 知道什么是阻尼振动 知道在什么情况下可以把实际发生的振动看做简谐运动 2 知道什么叫驱动力 什么叫受迫振动 能举出受迫振动的实例 知道受迫振动的频率等于驱动力的频率 跟物体的固有频率无关 3 知道什么是共振以及发生共振的条件 1 固有振动和固有频率 1 固有振动 不受外力作用的振动 2 固有频率 固有振动的频率 2 阻尼振动 1 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 2 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 图11 5 1 阻尼 阻尼 振幅 振幅 阻尼 振幅 3 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 关键一点 阻尼振动的振幅逐渐减小 但振动周期不变 阻尼 简谐运动 3 受迫振动 1 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 办法是使的外力作用于振动系统 外力对系统 补偿系统的 2 驱动力 作用于振动系统的的外力 3 受迫振动 振动系统在作用下的振动 4 受迫振动的频率 做受迫振动的系统振动稳定后 其振动频率等于的频率 与系统的无关 周期性 做功 能量损耗 周期性 驱动力 驱动力 固有频率 4 共振 1 条件 驱动力频率系统的固有频率 2 特征 共振时受迫振动的最大 3 共振曲线 如图11 5 2所示 图11 5 2 等于 振幅 5 共振的应用与防止 1 共振的应用 采用方法 在应用共振时 驱动力频率接近或等于振动系统的 实例 转速计 固有频率 共振筛 2 共振的防止 采用方法 在防止共振时 驱动力频率与系统的相差越大越好 实例 部队过桥时用 火车过桥时减速 轮船航行时 改变航向或航速 目的都是使驱动力的频率物体的固有频率 关键一点 驱动力的频率越接近固有频率 振幅越大 二者相等时振幅最大 固有 频率 便步 远离 1 下列说法正确的是 a 实际的自由振动必然是阻尼振动b 在外力作用下的振动是受迫振动c 阻尼振动的振幅越来越小d 受迫振动稳定后的频率与自身物理条件无关 解析 实际的自由振动 必须不断克服外界阻力做功而消耗能量 振幅会逐渐减小 必然是阻尼振动 故a c正确 只有在周期性外力 驱动力 的作用下物体所做的振动才是受迫振动 b错 受迫振动稳定后的频率由驱动力的频率决定 与自身物理条件无关 d对 答案 acd 2 如图11 5 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 图11 5 3 a 0 25sb 0 5sc 1sd 2s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 答案 c 图11 5 4 答案 a 4 队伍过桥不要齐步走 其目的是 a 减小对桥的压力b 减小人脚对桥的冲击力c 使桥各部分受力均匀d 避免使桥发生共振解析 队伍过桥时如果齐步走 给桥以周期性驱动力 有可能使桥发生共振 故d正确 答案 d 现实生活中的振动几乎都是阻尼振动 原因就是在振动中始终受到空气阻力的作用 系统克服阻力做功 机械能不再守恒 像挂钟不上发条 钟摆就会停下来 简谐运动是不受阻力的运动 不损失机械能 这是一种理想模型 下面就两种运动对比一下 名师点睛 1 阻尼振动中振幅虽逐渐减小 但振动的频率不会变化 此频率称为固有频率 由振动系统决定 2 是否是阻尼振动 关键是看振幅是否逐渐减小 1 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以及转化的快慢 解析 单摆在振动过程中 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 振动的振幅逐渐减小 则振动系统的能量 机械能 逐渐减小 而振动系统的动能和势能如何变化 还要看振子是远离平衡位置还是向平衡位置振动 2 铺设铁轨时 每两根钢轨接缝处都必须留有一定的间隙 匀速运行的列车经过轨端接缝处时 车轮就会受到一次冲击 由于每一根钢轨长度相等 所以这个冲击力是周期性的 列车受到周期性的冲击做受迫振动 普通钢轨长为12 6m 列车固有振动周期为0 315s 下列说法正确的是 a 列车的危险速率为40m sb 列车过桥需要减速 是为了防止发生共振现象c 列车运行的振动频率和列车的固有频率总是相等的d 增加钢轨的长度有利于列车高速运行 答案 abd 1 受迫振动的频率等于驱动力的频率 2 处理实际问题时 注意区分固有频率 受迫振动频率和驱动力的频率 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 利用共振解决问题 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 如图11 5 5所示 图11 5 5 名师点睛 1 当驱动力的频率与固有频率相差越大时 振动的振幅就越小 当驱动力的频率与固有频率相等时 振幅最大 2 从受迫振动的振幅与频率的关系图象中可以得到振动的固有频率 在计算中可以利用这一条件 3 把一个筛子用四根弹簧支起来 筛子上安一个电动偏心轮 它每转一周 给筛子一个驱动力 这样就做成了一个共振筛 如图11 5 6所示 筛子做自由振动时 完成10次全振动用时15s 在某电压下 电动偏心轮转速是36r min 已知增大电压可使偏心轮转速提高 增加筛子质量 可以增大筛子的固有周期 那么要使筛子的振幅增大 下列做法正确的是 图11 5 6 a 提高输入电压b 降低输入电压c 增加筛子质量d 减小筛子质量 审题指导 解