高中物理 第11章 機械振動 5 外力作用下的振動課件 新人教版選修3-4.ppt

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5 外力作用下的振動,填一填,練一練,1.固有振動和阻尼振動(見課本第18頁) (1)固有振動: 簡諧運動的物體受到的回復力,是振動系統(tǒng)內部的相互作用力。如果振動系統(tǒng)不受外力的作用,此時的振動叫作固有振動。 (2)固有頻率:固有振動的頻率。 (3)阻尼:即阻力作用,通常包括摩擦力或其他阻力。 (4)阻尼振動:振幅逐漸減小的振動。 2.受迫振動和共振(見課本第18~19頁) (1)驅動力:作用于振動系統(tǒng)的周期性外力。 (2)受迫振動:振動系統(tǒng)在驅動力作用下的振動。 (3)受迫振動的頻率:做受迫振動的系統(tǒng)振動穩(wěn)定后,其振動頻率等于驅動力的頻率,與系統(tǒng)的固有頻率無關。,,,,,,,,,,填一填,練一練,(4)共振: ①條件:驅動力頻率等于系統(tǒng)的固有頻率。 ②特征:共振時受迫振動的振幅最大。 ③共振曲線:如圖所示。 ④生活中的共振與減振: a.應用:在應用共振時,驅動力頻率接近或等于振動系統(tǒng)的固有頻率,如轉速計、共振篩。 b.防止:在防止共振時,驅動力頻率與系統(tǒng)的固有頻率相差越大越好,如部隊過橋時用便步。,,,,,,填一填,練一練,下列說法正確的是( ) A.實際的自由振動必然是阻尼振動 B.在外力作用下的振動是受迫振動 C.阻尼振動的振幅越來越小 D.受迫振動穩(wěn)定后頻率與自身物理條件無關 解析:實際的自由振動,必須不斷克服外界阻力做功而消耗能量,振幅會逐漸減小,必然是阻尼振動,故A、C正確;只有在周期性外力(驅動力)的作用下物體所做的振動才是受迫振動,B錯;受迫振動穩(wěn)定后的頻率由驅動力的頻率決定,與自身物理條件無關,D對。 答案:ACD,,,探究一,探究二,探究一比較簡諧運動、阻尼振動和受迫振動 問題導引 “余音繞梁,三日不絕”,形容歌聲或音樂的優(yōu)美,耐人尋味。但在日常生活中,當彈奏結束后,樂聲會越來越弱,并最終消失,這是為什么呢?,探究一,探究二,探究一,探究二,名師精講 1.簡諧運動是一種理想化的模型,物體運動過程中的一切阻力都不考慮。 2.阻尼振動考慮阻力的影響,是實際的一種運動。 3.受迫振動是物體做阻尼振動時受到周期性驅動力作用下的振動。,探究一,探究二,4.三者對比列表如下:,探究一,探究二,探究一,探究二,探究一,探究二,典例剖析 【例題1】 單擺做阻尼振動的振動圖線如圖所示,下列說法中正確的是( ) A.擺球在A時刻的動能等于B時刻的動能 B.擺球在A時刻的勢能等于B時刻的勢能 C.擺球在A時刻的機械能等于B時刻的機械能 D.擺球在A時刻的機械能大于B時刻的機械能,探究一,探究二,解析:在單擺振動過程中,因不斷克服空氣阻力做功使動能逐漸轉化為內能,選項C錯誤,選項D正確;雖然單擺總的機械能在逐漸減小,但在振動過程中動能和勢能仍在不斷地相互轉化,由于A、B兩時刻,單擺的位移相等,所以勢能相等,但動能不相等,選項A錯誤,選項B正確。 答案:BD,,探究一,探究二,變式訓練1 在如圖所示的振動圖象中,在1~3 s的時間范圍內,下列時刻中振動物體的動能和勢能之和最大的是 ( ) A.1.2 s B.2 s C.2.5 s D.3 s 解析:隨著阻力的作用,機械能損失越來越多,故最早時刻,能量最大。 答案:A,,,探究一,探究二,探究一,探究二,探究二對共振和共振曲線的理解 問題導引 用扁擔挑水時,有時桶里的水會蕩得厲害,并從桶中濺出來,這是為什么?,探究一,探究二,探究一,探究二,名師精講 1.發(fā)生共振的條件 (1)f驅=f固,即驅動力的頻率等于振動系統(tǒng)的固有頻率。 (2)對共振條件的理解 ①從受力角度看:當振動物體所受驅動力的方向跟它的運動方向相同時,驅動力對它起加速作用,使它的振幅增大,當驅動力的頻率等于物體的固有頻率時,它的每一次作用都使物體的振幅增加,從而振幅達到最大。 ②從功能關系看:當驅動力的頻率等于物體的固有頻率時,驅動力始終對物體做正功,使振動能量不斷增加,振幅不斷增大,直到增加的能量等于克服阻尼作用損耗的能量,振幅才不再增加。,探究一,探究二,2.共振曲線 (1)如圖所示。 當驅動力的頻率與物體的固有頻率相等時,受迫振動的振幅最大。 (2)對共振曲線的理解。 共振曲線直觀地反映了物體做受迫振動的振幅與驅動力頻率的關系:當驅動力的頻率f偏離固有頻率f0較大時,受迫振動的振幅較小;當驅動力的頻率f等于固有頻率f0時,受迫振動的振幅最大。,探究一,探究二,探究一,探究二,典例剖析 【例題2】 導學號38190025 如圖所示,探究單擺共振條件時得到的圖象,它表示振幅跟驅動力頻率之間的關系,(g取9.8 m/s2)請回答:(1)這個單擺的擺長是多少?(2)如果將此單擺移到高緯度地區(qū),畫出來的圖象的高峰將向哪個方向移動?,探究一,探究二,,,探究一,探究二,變式訓練2 一單擺的共振曲線如圖所示,則該單擺的擺長約為多少?共振時擺球的最大速度大小是多少?(g取10 m/s2),探究一,探究二,,探究一,探究二,1 2 3 4 5,,,,,,1.關于阻尼振動,以下說法中正確的是( ) A.機械能不斷減小 B.動能不斷減小 C.振幅不斷減小 D.一定不是簡諧運動 解析:阻尼振動是振幅不斷減小的振動,故阻尼振動一定不是簡諧運動,而振幅是振動能量的標志,故阻尼振動中機械能也不斷減小,但動能在振動過程中是不斷變化的,無法比較其大小。選項A、C、D正確,B錯誤。 答案:ACD,,,1 2 3 4 5,,,,,,2.如圖所示,一根水平張緊的繩子上系著五個單擺,擺長從左至右依次為 ,若讓D擺先擺動起來,周期為T,穩(wěn)定時,A、B、C、E各擺的情況是( ) A.B擺振動的振幅最大 B.E擺振動的振幅最大 C.C擺振動的周期為T D.A擺振動周期大于T 解析:D擺提供驅動力,提供A、B、C、E擺振動的能量,A、B、C、E擺做受迫振動,其振動的頻率和周期等于D擺的振動頻率和周期,選項C正確,D錯誤;因為B擺的擺長與D擺的擺長相等,所以B擺的固有周期等于驅動力的周期,滿足發(fā)生共振的條件,B擺發(fā)生共振,振幅最大,故選項A正確,B錯誤。 答案:AC,,,1 2 3 4 5,,,,,,3.如圖所示,把兩個彈簧振子懸掛在同一支架上,已知甲彈簧振子的固有頻率為8 Hz,乙彈簧振子的固有頻率為72 Hz,當支架在受到豎直方向且頻率為9 Hz的驅動力作用下做受迫振動時,兩個彈簧振子的振動情況是( ) A.甲的振幅較大,且振動頻率為8 Hz B.甲的振幅較大,且振動頻率為9 Hz C.乙的振幅較大,且振動頻率為9 Hz D.乙的振幅較大,且振動頻率為72 Hz 解析:振子做受迫振動時,振動頻率等于驅動力的頻率,由于甲振子的固有頻率與驅動力的頻率相差較小,所以甲的振幅較大,選項B正確,A、C、D錯誤。 答案:B,,,1 2 3 4 5,,,,,,4.A、B兩個單擺,A擺的固有頻率為4f,B擺的固有頻率為f,若讓它們在頻率為5f的驅動力作用下做受迫振動,則兩單擺比較( ) A.A擺振幅較大,振動頻率為f B.B擺振幅較大,振動頻率為4f C.A擺振幅較大,振動頻率為5f D.B擺振幅較大,振動頻率為5f 解析:受迫振動物體在振動穩(wěn)定后的頻率等于驅動力的頻率。本題中驅動力頻率為5f,故A、B兩擺振動穩(wěn)定后的頻率均為5f。受迫振動物體的振幅跟驅動力頻率與固有頻率之差有關,差值越小,振幅越大,差值越大,振幅越小。驅動力頻率與A擺固有頻率的差值為5f-4f=f,驅動力頻率與B擺固有頻率的差值為5f-f=4f,顯然,A擺 的差值較小,故振幅較大;B擺的差值較大,故振幅較小。 答案:C,,,1 2 3 4 5,,,,,,5.導學號38190026(選做題)單擺在兩次受迫振動中的共振曲線如圖所示,則下列說法中不正確的是( ) A.若兩次受迫振動分別在月球上和地球上進行,且擺長相同,則圖線 Ⅰ 表示月球上單擺的共振曲線 B.若兩次受迫振動是在地球上同一地點進行,則兩次擺長之比lⅠ∶lⅡ=25∶4 C.圖線 Ⅱ 若是在地面上完成的,則該擺擺長約為1 m D.若擺長均為1 m,則圖線Ⅰ是在地面上完成的,1 2 3 4 5,,,,,,,