高中物理 11.5 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 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 自由振动 固有振动 振动系统只在 相互作用力下 外力为零 的振动 2 固有频率和固有周期 自由振动的频率称为 其周期称为 当振动系统受到 作用时 系统克服 做功 消耗 因而 逐渐减小 最终会停下来 这种 逐渐减小的振动叫阻尼振动 一 阻尼振动 固有周期和固有频率 阻尼振动 内部 固有频率 固有周期 阻力 阻力 机械能 振幅 振幅 驱动力 作用于振动系统的 的外力 受迫振动 振动系统在 作用下的振动 驱动力作用 通过对系统 补偿系统能量损失 受迫振动的频率 做受迫振动的系统稳定后 其振动频率由 频率决定 与系统的 无关 即f迫 f驱 二 受迫振动 周期性 驱动力 做功 驱动力 固有频率 三 共振 条件 驱动力频率 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 最大 共振曲线 如图11 5 1所示 等于 振幅 图11 5 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 阻尼振动却考虑阻力的影响 是更实际的一种运动 而受迫振动则是物体做阻尼振动时受到周期性驱动力作用下的振动 三者对比列表如下 一 简谐运动 阻尼振动与受迫振动的区别 提醒 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 受迫振动中 若周期性的驱动力给系统补充的能量与系统因振动阻尼消耗的能量相等 物体做等幅振动 但此振动不是简谐运动 共振现象是受迫振动的一种特殊例子 受迫振动中 当驱动力频率等于系统的固有频率时 振幅最大 这种受迫振动就是共振 共振的条件 驱动力频率等于或接近系统的固有频率 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 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 二 共振现象及其在生活中的应用 1 特点 在应用共振时 应使驱动力频率接近或等于振动系统的固有频率 2 实例 共振筛 转速计 荡秋千等 1 特点 防止共振时 驱动力频率与系统的固有频率相差越大越好 2 实例 部队过桥时用便步走 火车过桥时减速 轮船航行时 改变航向或航速 目的都是使驱动力频率远离物体的固有频率 共振现象的应用 共振现象的防止 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 典例1 对阻尼振动的认识 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 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 答案bd 变式1 如图11 5 2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 而让振子自由上下振动 测得其频率为2hz 然后匀速转动摇把 转速为240r min 当振子振动稳定时 它们振动周期为 受迫振动和共振现象 典例2 图11 5 2 a 0 5sb 0 25sc 2sd 4s 答案b借题发挥 1 受迫振动稳定后的周期等于驱动力的周期 与系统的固有周期无关 2 当f驱 f固时 发生共振 物体的振幅最大 如图11 5 3所示为单摆在两次受迫振动中的共振曲线 下列说法正确的是 a 若两次受迫振动分别在月球上和地球上进行 且摆长相同 则图线 表示月球上单摆的共振曲线 变式2 图11 5 3 b 若两次受迫振动是在地球上同一地点进行 则两次摆长之比l1 l2 25 4c 图线 若是在地球上完成的 则该摆摆长约为1md 若摆长均为1m 则图线 是在地球上完成的 解析图线中振幅最大处对应频率应与做受迫振动的单摆的固有频率相等 从图线上可以看出 两摆的固有频率f1 0 2hz f2 0 5hz 当两摆分别在月球上和地球上做受迫振动且摆长相等时 g越大 f越大 所以g2 g1 由于月球上的重力加速度比地球上的小 所以图线 表示月球上单摆的共振曲线 选项a正确 图线 若是在地球上完成的 将g 9 8m s2和f2 0 5hz代入频率的计算公式可解得l2 1m 所以选项c正确 d错误 答案abc 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 对阻尼振动的认识 1 答案ad 一洗衣机在正常工作时非常平稳 当切断电源后 发现洗衣机先是振动越来越剧烈 然后振动再逐渐减弱 对这一现象 下列说法正确的是 a 正常工作时 洗衣机波轮的运转频率比洗衣机的固有频率大b 正常工作时 洗衣机波轮的运转频率比洗衣机的固有频率小c 正常工作时 洗衣机波轮的运转频率等于洗衣机的固有频率d 当洗衣机振动最剧烈时 波轮的运转频率恰好等于洗衣机的固有频率 受迫振动和共振现象 2 解析洗衣机切断电源 波轮的转动逐渐慢下来 在某一小段时间内洗衣机发生了强烈的振动 说明了此时波轮的频率与洗衣机固有频率相同 发生了共振 此后波轮转速减慢 则f驱 f固 所以共振现象消失 洗衣机的振动随之减弱 所以答案是ad 答案ad 3 下表记录了某受迫振动的振幅随驱动力频率变化的关系 若该振动系统的固有频率为f固 则 a f固 60hzb 60hz f固 70hzc 50hz f固 60hzd 以上三项