人教版版选修34 外力作用下的振动 课件（29张）.pptx

第十一章 5外力作用下的振动 学习目标1 知道什么是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 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 内容索引 知识探究 题型探究 达标检测 知识探究 一 阻尼振动 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 而实际上 在实验室中让一个弹簧振子振动起来 经过一段时间它将停止振动 你知道是什么原因造成的吗 答案 答案阻力阻碍了振子的运动 使机械能转化为内能 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 2 阻尼振动 1 系统受到摩擦力或其他阻力的作用时 我们说振动受到了阻尼 系统克服阻尼的作用要消耗 因而振幅 最后停下来 阻尼振动的图象如图1所示 图1 外力 固有频率 机械能 减小 2 阻尼振动的振幅不断减小 系统的机械能不断减少 但阻尼振动的频率不变 其频率为固有频率 由系统本身决定 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 答案有周期性外力作用于弹簧振子 二 受迫振动 如图2所示 当弹簧振子自由振动时 振子就会慢慢地停下来 怎样才能使振子能够持续振动下去 图2 答案 1 受迫振动加在振动系统上的的外力 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做受迫振动的物体振动稳定后 其振动频率等于的频率 跟系统的固有频率 填 有关 或 无关 周期性 驱动力 无关 你知道部队过桥时为什么要便步走吗 三 共振 答案防止共振现象发生 答案 1 共振的条件驱动力的频率与系统的相等 即f驱 2 共振曲线如图3所示 共振曲线的横坐标为驱动力的频率 纵坐标为受迫振动系统的振幅 当驱动力的频率与系统的固有频率相等时 受迫振动的振幅 固有频率 f固 最大 图3 3 共振的利用与防止 1 利用 在应用共振时 使驱动力频率振动系统的固有频率 如 共振筛 荡秋千 共振转速计等 2 防止 在防止共振时 使驱动力的频率与系统的固有频率 如 部队过桥应便步走 火车过桥要减速等 接近或等于 相差越大 越好 4 固有振动 受迫振动和共振的比较 周期性驱动力 本身性质 驱动力的周期或 频率 t驱 f驱 t固 f固 不变 或守恒 题型探究 一 对阻尼振动的理解 例1一单摆做阻尼振动 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 解析 答案 解析因单摆做阻尼振动 所以振幅越来越小 机械能越来越小 振动周期不变 二 对受迫振动的理解 例2如图4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 图4 解析 答案 解析受迫振动的频率等于驱动力的频率 故选a 例3关于共振的防止和利用 应做到a 利用共振时 应使驱动力的频率接近或等于振动物体的固有频率b 利用共振时 应使驱动力的频率大于或小于振动物体的固有频率c 防止共振危害时 应尽量使驱动力频率接近或等于振动物体的固有频率d 防止共振危害时 应尽量使驱动力频率远离振动物体的固有频率 三 对共振的理解 解析受迫振动的频率等于驱动力的频率 所以利用共振时 应使驱动力的频率接近或等于振动物体的固有频率 故a正确 b错误 防止共振危害时 应尽量使驱动力频率远离振动物体的固有频率 故c错误 d正确 解析 答案 例4一个单摆做受迫振动 其共振曲线 振幅a与驱动力的频率f的关系 如图5所示 则a 此单摆的固有周期约为0 5sb 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 解析 答案 图5 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 达标检测 1 对阻尼振动的理解 做阻尼振动的振子哪些物理量在减小a 机械能b 振幅c 周期d 频率 答案 1 2 3 4 2 对受迫振动的理解 如图6所示 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 让振子上下自由振动 测得振动频率为2hz 然后匀速转动摇把 转速为240r min 当振子振动稳定后 它的振动周期为 答案 解析 解析受迫振动的周期等于驱动力的周期 故t 1 2 3 4 图6 3 阻尼振动中的能量 如图7所示是一个水平弹簧振子做阻尼振动的振动图象 曲线上a b两点连线与横轴平行 下列说法正确的是a 振子在a时刻的动能等于b时刻的动能b 振子在a时刻的势能大于b时刻的势能c 振子在a时刻的机械能等于b时刻的机械能d 振子在a时刻的机械能大于b时刻的机械能 图7 答案 解析 1 2 3 4 1 2 3 4 解析由于弹簧振子做阻尼振动 所以a时刻的机械能大于b时刻的机械能 c错 d对 由于弹簧的弹性势能仅与弹簧的形变量 即振子的位移 有关 a b时刻弹簧的形变量相等 故势能相等 所以b错 通过上述分析可知振子在a时刻的动能大于b时刻的动能 a错 4 对共振的理解 一砝码和一轻弹簧构成弹簧振子 图8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 若保持把手不动 给砝码一向下的初速度 砝码便做简谐运动 振动图线如图乙所示 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 图8 1 2 3 4 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 答案 解析 1 2 3 4 解析题图乙是弹簧振子未加驱动力时振动的图线 故由