高中物理 第11章 机械振动 5 外力作用下的振动课件 新人教版选修34.ppt

5外力作用下的振动 填一填 练一练 1 固有振动和阻尼振动 见课本第18页 1 固有振动 简谐运动的物体受到的回复力 是振动系统内部的相互作用力 如果振动系统不受外力的作用 此时的振动叫作固有振动 2 固有频率 固有振动的频率 3 阻尼 即阻力作用 通常包括摩擦力或其他阻力 4 阻尼振动 振幅逐渐减小的振动 2 受迫振动和共振 见课本第18 19页 1 驱动力 作用于振动系统的周期性外力 2 受迫振动 振动系统在驱动力作用下的振动 3 受迫振动的频率 做受迫振动的系统振动稳定后 其振动频率等于驱动力的频率 与系统的固有频率无关 填一填 练一练 4 共振 条件 驱动力频率等于系统的固有频率 特征 共振时受迫振动的振幅最大 共振曲线 如图所示 生活中的共振与减振 a 应用 在应用共振时 驱动力频率接近或等于振动系统的固有频率 如转速计 共振筛 b 防止 在防止共振时 驱动力频率与系统的固有频率相差越大越好 如部队过桥时用便步 填一填 练一练 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 探究一 探究二 探究一比较简谐运动 阻尼振动和受迫振动问题导引 余音绕梁 三日不绝 形容歌声或音乐的优美 耐人寻味 但在日常生活中 当弹奏结束后 乐声会越来越弱 并最终消失 这是为什么呢 探究一 探究二 探究一 探究二 名师精讲1 简谐运动是一种理想化的模型 物体运动过程中的一切阻力都不考虑 2 阻尼振动考虑阻力的影响 是实际的一种运动 3 受迫振动是物体做阻尼振动时受到周期性驱动力作用下的振动 探究一 探究二 4 三者对比列表如下 探究一 探究二 探究一 探究二 探究一 探究二 典例剖析 例题1 单摆做阻尼振动的振动图线如图所示 下列说法中正确的是 a 摆球在a时刻的动能等于b时刻的动能b 摆球在a时刻的势能等于b时刻的势能c 摆球在a时刻的机械能等于b时刻的机械能d 摆球在a时刻的机械能大于b时刻的机械能 探究一 探究二 解析 在单摆振动过程中 因不断克服空气阻力做功使动能逐渐转化为内能 选项c错误 选项d正确 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在不断地相互转化 由于a b两时刻 单摆的位移相等 所以势能相等 但动能不相等 选项a错误 选项b正确 答案 bd 探究一 探究二 变式训练1在如图所示的振动图象中 在1 3s的时间范围内 下列时刻中振动物体的动能和势能之和最大的是 a 1 2sb 2sc 2 5sd 3s解析 随着阻力的作用 机械能损失越来越多 故最早时刻 能量最大 答案 a 探究一 探究二 探究一 探究二 探究二对共振和共振曲线的理解问题导引用扁担挑水时 有时桶里的水会荡得厉害 并从桶中溅出来 这是为什么 探究一 探究二 探究一 探究二 名师精讲1 发生共振的条件 1 f驱 f固 即驱动力的频率等于振动系统的固有频率 2 对共振条件的理解 从受力角度看 当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 当驱动力的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 从而振幅达到最大 从功能关系看 当驱动力的频率等于物体的固有频率时 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 振幅才不再增加 探究一 探究二 2 共振曲线 1 如图所示 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 2 对共振曲线的理解 共振曲线直观地反映了物体做受迫振动的振幅与驱动力频率的关系 当驱动力的频率f偏离固有频率f0较大时 受迫振动的振幅较小 当驱动力的频率f等于固有频率f0时 受迫振动的振幅最大 探究一 探究二 探究一 探究二 典例剖析 例题2 导学号38190025如图所示 探究单摆共振条件时得到的图象 它表示振幅跟驱动力频率之间的关系 g取9 8m s2 请回答 1 这个单摆的摆长是多少 2 如果将此单摆移到高纬度地区 画出来的图象的高峰将向哪个方向移动 探究一 探究二 探究一 探究二 变式训练2一单摆的共振曲线如图所示 则该单摆的摆长约为多少 共振时摆球的最大速度大小是多少 g取10m s2 探究一 探究二 探究一 探究二 12345 1 关于阻尼振动 以下说法中正确的是 a 机械能不断减小b 动能不断减小c 振幅不断减小d 一定不是简谐运动解析 阻尼振动是振幅不断减小的振动 故阻尼振动一定不是简谐运动 而振幅是振动能量的标志 故阻尼振动中机械能也不断减小 但动能在振动过程中是不断变化的 无法比较其大小 选项a c d正确 b错误 答案 acd 12345 2 如图所示 一根水平张紧的绳子上系着五个单摆 摆长从左至右依次为 若让d摆先摆动起来 周期为t 稳定时 a b c e各摆的情况是 a b摆振动的振幅最大b e摆振动的振幅最大c c摆振动的周期为td a摆振动周期大于t解析 d摆提供驱动力 提供a b c e摆振动的能量 a b c e摆做受迫振动 其振动的频率和周期等于d摆的振动频率和周期 选项c正确 d错误 因为b摆的摆长与d摆的摆长相等 所以b摆的固有周期等于驱动力的周期 满足发生共振的条件 b摆发生共振 振幅最大 故选项a正确 b错误 答案 ac 12345 3 如图所示 把两个弹簧振子悬挂在同一支架上 已知甲弹簧振子的固有频率为8hz 乙弹簧振子的固有频率为72hz 当支架在受到竖直方向且频率为9hz的驱动力作用下做受迫振动时 两个弹簧振子的振动情况是 a 甲的振幅较大 且振动频率为8hzb 甲的振幅较大 且振动频率为9hzc 乙的振幅较大 且振动频率为9hzd 乙的振幅较大 且振动频率为72hz解析 振子做受迫振动时 振动频率等于驱动力的频率 由于甲振子的固有频率与驱动力的频率相差较小 所以甲的振幅较大 选项b正确 a c d错误 答案 b 12345 4 a b两个单摆 a摆的固有频率为4f b摆的固有频率为f 若让它们在频率为5f的驱动力作用下做受迫振动 则两单摆比较 a a摆振幅较大 振动频率为fb b摆振幅较大 振动频率为4fc a摆振幅较大 振动频率为5fd b摆振幅较大 振动频率为5f解析 受迫振动物体在振动稳定后的频率等于驱动力的频率 本题中驱动力频率为5f 故a b两摆振动稳定后的频率均为5f 受迫振动物体的振幅跟驱动力频率与固有频率之差有关 差值越小 振幅越大 差值越大 振幅越小 驱动力频率与a摆固有频率的差值为5f 4f f 驱动力频率与b摆固有频率的差值为5f f 4f 显然 a摆的差值较小 故振幅较大 b摆的差值较大 故振幅较小 答案 c 12345 5 导学号38190026 选做题 单摆在两次受迫振动