高中物理 第11章 機(jī)械振動(dòng) 5 外力作用下的振動(dòng)課件 新人教版選修3-4.ppt

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5 外力作用下的振動(dòng),填一填,練一練,1.固有振動(dòng)和阻尼振動(dòng)(見(jiàn)課本第18頁(yè)) (1)固有振動(dòng): 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物體受到的回復(fù)力,是振動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)部的相互作用力。如果振動(dòng)系統(tǒng)不受外力的作用,此時(shí)的振動(dòng)叫作固有振動(dòng)。 (2)固有頻率:固有振動(dòng)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(dòng):振幅逐漸減小的振動(dòng)。 2.受迫振動(dòng)和共振(見(jiàn)課本第18~19頁(yè)) (1)驅(qū)動(dòng)力:作用于振動(dòng)系統(tǒng)的周期性外力。 (2)受迫振動(dòng):振動(dòng)系統(tǒng)在驅(qū)動(dòng)力作用下的振動(dòng)。 (3)受迫振動(dòng)的頻率:做受迫振動(dòng)的系統(tǒng)振動(dòng)穩(wěn)定后,其振動(dòng)頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率,與系統(tǒng)的固有頻率無(wú)關(guān)。,,,,,,,,,,填一填,練一練,(4)共振: ①條件:驅(qū)動(dòng)力頻率等于系統(tǒng)的固有頻率。 ②特征:共振時(shí)受迫振動(dòng)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(yīng)用:在應(yīng)用共振時(shí),驅(qū)動(dòng)力頻率接近或等于振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率,如轉(zhuǎn)速計(jì)、共振篩。 b.防止:在防止共振時(shí),驅(qū)動(dòng)力頻率與系統(tǒng)的固有頻率相差越大越好,如部隊(duì)過(guò)橋時(shí)用便步。,,,,,,填一填,練一練,下列說(shuō)法正確的是( ) A.實(shí)際的自由振動(dòng)必然是阻尼振動(dòng) B.在外力作用下的振動(dòng)是受迫振動(dòng) C.阻尼振動(dòng)的振幅越來(lái)越小 D.受迫振動(dòng)穩(wěn)定后頻率與自身物理?xiàng)l件無(wú)關(guān) 解析:實(shí)際的自由振動(dòng),必須不斷克服外界阻力做功而消耗能量,振幅會(huì)逐漸減小,必然是阻尼振動(dòng),故A、C正確;只有在周期性外力(驅(qū)動(dòng)力)的作用下物體所做的振動(dòng)才是受迫振動(dòng),B錯(cuò);受迫振動(dòng)穩(wěn)定后的頻率由驅(qū)動(dòng)力的頻率決定,與自身物理?xiàng)l件無(wú)關(guān),D對(duì)。 答案:ACD,,,探究一,探究二,探究一比較簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)、阻尼振動(dòng)和受迫振動(dòng) 問(wèn)題導(dǎo)引 “余音繞梁,三日不絕”,形容歌聲或音樂(lè)的優(yōu)美,耐人尋味。但在日常生活中,當(dāng)彈奏結(jié)束后,樂(lè)聲會(huì)越來(lái)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(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是一種理想化的模型,物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的一切阻力都不考慮。 2.阻尼振動(dòng)考慮阻力的影響,是實(shí)際的一種運(yùn)動(dòng)。 3.受迫振動(dòng)是物體做阻尼振動(dòng)時(shí)受到周期性驅(qū)動(dòng)力作用下的振動(dòng)。,探究一,探究二,4.三者對(duì)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(dòng)的振動(dòng)圖線如圖所示,下列說(shuō)法中正確的是( ) A.擺球在A時(shí)刻的動(dòng)能等于B時(shí)刻的動(dòng)能 B.擺球在A時(shí)刻的勢(shì)能等于B時(shí)刻的勢(shì)能 C.擺球在A時(shí)刻的機(jī)械能等于B時(shí)刻的機(jī)械能 D.擺球在A時(shí)刻的機(jī)械能大于B時(shí)刻的機(jī)械能,探究一,探究二,解析:在單擺振動(dòng)過(guò)程中,因不斷克服空氣阻力做功使動(dòng)能逐漸轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,選項(xiàng)C錯(cuò)誤,選項(xiàng)D正確;雖然單擺總的機(jī)械能在逐漸減小,但在振動(dòng)過(guò)程中動(dòng)能和勢(shì)能仍在不斷地相互轉(zhuǎn)化,由于A、B兩時(shí)刻,單擺的位移相等,所以勢(shì)能相等,但動(dòng)能不相等,選項(xiàng)A錯(cuò)誤,選項(xiàng)B正確。 答案:BD,,探究一,探究二,變式訓(xùn)練1 在如圖所示的振動(dòng)圖象中,在1~3 s的時(shí)間范圍內(nèi),下列時(shí)刻中振動(dòng)物體的動(dòng)能和勢(shì)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(jī)械能損失越來(lái)越多,故最早時(shí)刻,能量最大。 答案:A,,,探究一,探究二,探究一,探究二,探究二對(duì)共振和共振曲線的理解 問(wèn)題導(dǎo)引 用扁擔(dān)挑水時(shí),有時(shí)桶里的水會(huì)蕩得厲害,并從桶中濺出來(lái),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(qū)=f固,即驅(qū)動(dòng)力的頻率等于振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率。 (2)對(duì)共振條件的理解 ①?gòu)氖芰嵌瓤?當(dāng)振動(dòng)物體所受驅(qū)動(dòng)力的方向跟它的運(yùn)動(dòng)方向相同時(shí),驅(qū)動(dòng)力對(duì)它起加速作用,使它的振幅增大,當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率等于物體的固有頻率時(shí),它的每一次作用都使物體的振幅增加,從而振幅達(dá)到最大。 ②從功能關(guān)系看:當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率等于物體的固有頻率時(shí),驅(qū)動(dòng)力始終對(duì)物體做正功,使振動(dòng)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(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率與物體的固有頻率相等時(shí),受迫振動(dòng)的振幅最大。 (2)對(duì)共振曲線的理解。 共振曲線直觀地反映了物體做受迫振動(dòng)的振幅與驅(qū)動(dòng)力頻率的關(guān)系:當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率f偏離固有頻率f0較大時(shí),受迫振動(dòng)的振幅較小;當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率f等于固有頻率f0時(shí),受迫振動(dòng)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(dǎo)學(xué)號(hào)38190025 如圖所示,探究單擺共振條件時(shí)得到的圖象,它表示振幅跟驅(qū)動(dòng)力頻率之間的關(guān)系,(g取9.8 m/s2)請(qǐng)回答:(1)這個(gè)單擺的擺長(zhǎng)是多少?(2)如果將此單擺移到高緯度地區(qū),畫(huà)出來(lái)的圖象的高峰將向哪個(gè)方向移動(dòng)?,探究一,探究二,,,探究一,探究二,變式訓(xùn)練2 一單擺的共振曲線如圖所示,則該單擺的擺長(zhǎng)約為多少?共振時(shí)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(guān)于阻尼振動(dòng),以下說(shuō)法中正確的是( ) A.機(jī)械能不斷減小 B.動(dòng)能不斷減小 C.振幅不斷減小 D.一定不是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng) 解析:阻尼振動(dòng)是振幅不斷減小的振動(dòng),故阻尼振動(dòng)一定不是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),而振幅是振動(dòng)能量的標(biāo)志,故阻尼振動(dòng)中機(jī)械能也不斷減小,但動(dòng)能在振動(dòng)過(guò)程中是不斷變化的,無(wú)法比較其大小。選項(xiàng)A、C、D正確,B錯(cuò)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(gè)單擺,擺長(zhǎng)從左至右依次為 ,若讓D擺先擺動(dòng)起來(lái),周期為T(mén),穩(wěn)定時(shí),A、B、C、E各擺的情況是( ) A.B擺振動(dòng)的振幅最大 B.E擺振動(dòng)的振幅最大 C.C擺振動(dòng)的周期為T(mén) D.A擺振動(dòng)周期大于T 解析:D擺提供驅(qū)動(dòng)力,提供A、B、C、E擺振動(dòng)的能量,A、B、C、E擺做受迫振動(dòng),其振動(dòng)的頻率和周期等于D擺的振動(dòng)頻率和周期,選項(xiàng)C正確,D錯(cuò)誤;因?yàn)锽擺的擺長(zhǎng)與D擺的擺長(zhǎng)相等,所以B擺的固有周期等于驅(qū)動(dòng)力的周期,滿(mǎn)足發(fā)生共振的條件,B擺發(fā)生共振,振幅最大,故選項(xiàng)A正確,B錯(cuò)誤。 答案:AC,,,1 2 3 4 5,,,,,,3.如圖所示,把兩個(gè)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(dāng)支架在受到豎直方向且頻率為9 Hz的驅(qū)動(dòng)力作用下做受迫振動(dòng)時(shí),兩個(gè)彈簧振子的振動(dòng)情況是( ) A.甲的振幅較大,且振動(dòng)頻率為8 Hz B.甲的振幅較大,且振動(dòng)頻率為9 Hz C.乙的振幅較大,且振動(dòng)頻率為9 Hz D.乙的振幅較大,且振動(dòng)頻率為72 Hz 解析:振子做受迫振動(dòng)時(shí),振動(dòng)頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率,由于甲振子的固有頻率與驅(qū)動(dòng)力的頻率相差較小,所以甲的振幅較大,選項(xiàng)B正確,A、C、D錯(cuò)誤。 答案:B,,,1 2 3 4 5,,,,,,4.A、B兩個(gè)單擺,A擺的固有頻率為4f,B擺的固有頻率為f,若讓它們?cè)陬l率為5f的驅(qū)動(dòng)力作用下做受迫振動(dòng),則兩單擺比較( ) A.A擺振幅較大,振動(dòng)頻率為f B.B擺振幅較大,振動(dòng)頻率為4f C.A擺振幅較大,振動(dòng)頻率為5f D.B擺振幅較大,振動(dòng)頻率為5f 解析:受迫振動(dòng)物體在振動(dòng)穩(wěn)定后的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率。本題中驅(qū)動(dòng)力頻率為5f,故A、B兩擺振動(dòng)穩(wěn)定后的頻率均為5f。受迫振動(dòng)物體的振幅跟驅(qū)動(dòng)力頻率與固有頻率之差有關(guān),差值越小,振幅越大,差值越大,振幅越小。驅(qū)動(dòng)力頻率與A擺固有頻率的差值為5f-4f=f,驅(qū)動(dòng)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(dǎo)學(xué)號(hào)38190026(選做題)單擺在兩次受迫振動(dòng)中的共振曲線如圖所示,則下列說(shuō)法中不正確的是( ) A.若兩次受迫振動(dòng)分別在月球上和地球上進(jìn)行,且擺長(zhǎng)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(dòng)是在地球上同一地點(diǎn)進(jìn)行,則兩次擺長(zhǎng)之比lⅠ∶lⅡ=25∶4 C.圖線 Ⅱ 若是在地面上完成的,則該擺擺長(zhǎng)約為1 m D.若擺長(zhǎng)均為1 m,則圖線Ⅰ是在地面上完成的,1 2 3 4 5,,,,,,,