教科版選修34 第一章 第4講 阻尼振動(dòng)　受迫振動(dòng) 課件（28張）.pptx

第4講阻尼振動(dòng)受迫振動(dòng) 目標(biāo)定位1 知道阻尼振動(dòng)和無阻尼振動(dòng)并能從能量的觀點(diǎn)給予說明 2 知道受迫振動(dòng)的概念 知道受迫振動(dòng)的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率 而跟振動(dòng)物體的固有頻率無關(guān) 3 理解共振的概念 知道常見共振的應(yīng)用和危害 預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)梳理 識(shí)記 點(diǎn)撥 一 阻尼振動(dòng)1 阻尼振動(dòng)系統(tǒng)在振動(dòng)過程中受到的作用 振動(dòng)逐漸消逝 逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌芰?這種振動(dòng)叫做振動(dòng) 2 自由振動(dòng) 無阻尼振動(dòng) 系統(tǒng)不受外力作用 也不受任何阻力 只在自身作用下的振動(dòng) 3 固有頻率 振動(dòng)的頻率 固有頻率由決定 阻力 振動(dòng)能量 阻尼 回復(fù)力 自由 系統(tǒng)本身的特征 想一想阻尼振動(dòng)中 在振幅逐漸減小的過程中 振子的周期如何變化 答案不變 周期與振幅無關(guān) 二 受迫振動(dòng)1 驅(qū)動(dòng)力 的外力 2 受迫振動(dòng) 系統(tǒng)在作用下的振動(dòng) 3 振動(dòng)穩(wěn)定后受迫振動(dòng)的周期總等于的周期 受迫振動(dòng)穩(wěn)定后的頻率與物體的固有頻率關(guān)系 周期性 驅(qū)動(dòng)力 驅(qū)動(dòng)力 沒有 三 共振驅(qū)動(dòng)力的頻率振動(dòng)物體的固有頻率時(shí) 受迫振動(dòng)的振幅最大 這種現(xiàn)象叫做 等于 共振 想一想自由振動(dòng) 受迫振動(dòng)和共振分別對應(yīng)的周期 或頻率 是什么 答案自由振動(dòng)對應(yīng)固有周期 或固有頻率 受迫振動(dòng)對應(yīng)驅(qū)動(dòng)力的周期 或頻率 而共振對應(yīng)的是驅(qū)動(dòng)力的周期 或頻率 與固有周期 或頻率 相等 四 共振的應(yīng)用和防止在需要利用共振時(shí) 應(yīng)使驅(qū)動(dòng)力的頻率或振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率 在需要防止共振時(shí) 應(yīng)使驅(qū)動(dòng)力的頻率振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率 接近 等于 遠(yuǎn)離 課堂講義理解 深化 探究 一 阻尼振動(dòng)和受迫振動(dòng)1 阻尼振動(dòng)是振動(dòng)系統(tǒng)在阻力的作用下 振幅逐漸減小的振動(dòng) 說明 阻尼振動(dòng)中振幅雖逐漸減小 但振動(dòng)的頻率不會(huì)變化 此頻率為固有頻率 由振動(dòng)系統(tǒng)決定 2 受迫振動(dòng)是指系統(tǒng)在驅(qū)動(dòng)力作用下的振動(dòng) 做受迫振動(dòng)的物體的振動(dòng)頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率 與物體的固有頻率無關(guān) 說明 受迫振動(dòng)中 若周期性的驅(qū)動(dòng)力給系統(tǒng)補(bǔ)充的能量與系統(tǒng)因振動(dòng)阻尼消耗的能量相等 物體做等幅振動(dòng) 但此振動(dòng)不是簡諧運(yùn)動(dòng) 例1一單擺做阻尼振動(dòng) 則在振動(dòng)過程中 a 振幅越來越小 周期也越來越小b 振幅越來越小 周期不變c 在振動(dòng)過程中 通過某一位置時(shí) 機(jī)械能始終不變d 在振動(dòng)過程中 機(jī)械能不守恒 周期不變解析因單擺做阻尼振動(dòng) 所以振幅越來越小 機(jī)械能越來越小 但振動(dòng)周期不變 bd 例2如圖1所示的裝置 彈簧振子的固有頻率是4hz 現(xiàn)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)把手 給彈簧振子以周期性的驅(qū)動(dòng)力 測得彈簧振子振動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)的頻率為1hz 則把手轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率為 圖1 a 1hzb 3hzc 4hzd 5hz 解析受迫振動(dòng)的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率 把手轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率為1hz 選項(xiàng)a正確 a 二 對共振的理解1 定義物體做受迫振動(dòng)時(shí) 當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率等于系統(tǒng)的固有頻率時(shí) 振動(dòng)的振幅最大 這種現(xiàn)象叫共振 2 發(fā)生共振的條件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 3 共振曲線 如圖2所示 圖2 4 共振的防止與利用 1 利用 由共振的條件知 要利用共振 就應(yīng)盡量使驅(qū)動(dòng)力的頻率與物體的固有頻率一致 如共振篩 共振轉(zhuǎn)速計(jì)等 2 防止 由共振曲線可知 在需要防止共振危害時(shí) 要盡量使驅(qū)動(dòng)力的頻率和固有頻率不相等 而且相差越多越好 如 部隊(duì)過橋應(yīng)便步走 說明 共振是物體做受迫振動(dòng)時(shí)的一種特殊現(xiàn)象 例3如圖3所示 在一根張緊的水平繩上懸掛五個(gè)擺 其中a e的擺長為l b的擺長為0 5l c的擺長為1 5l d的擺長為2l 先使a振動(dòng)起來 其他各擺隨后也振動(dòng)起來 則擺球振動(dòng)穩(wěn)定后 a d的振幅一定最大b e的振幅一定最大c b的周期一定最短d 四個(gè)擺的周期相同 圖3 解析a振動(dòng)起來后 使得b c d e做受迫振動(dòng) 振動(dòng)的頻率都等于a振動(dòng)的頻率 即各擺振動(dòng)的周期都相等 選項(xiàng)c錯(cuò)誤 d正確 由于d與a的擺長相差最大 e與a的擺長相等 所以d的振幅最小 e發(fā)生共振 振幅最大 選項(xiàng)a錯(cuò)誤 b正確 答案bd 例4如圖4所示一彈簧振子做受迫振動(dòng)時(shí)的振幅與驅(qū)動(dòng)力頻率的關(guān)系 由圖可知 a 驅(qū)動(dòng)力頻率為f2時(shí) 振子處于共振狀態(tài)b 驅(qū)動(dòng)力頻率為f3時(shí) 振子的振動(dòng)頻率為f3c 假如讓振子自由振動(dòng) 它的頻率為f2d 振子做自由振動(dòng)時(shí) 頻率可以為f1 f2 f3 圖4 解析由題圖可知當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率為f2時(shí) 振子的振幅最大 即振子發(fā)生共振現(xiàn)象 故a正確 由共振條件知振子的固有頻率為f2 所以c正確 d錯(cuò)誤 振子做受迫振動(dòng)時(shí) 振動(dòng)頻率由驅(qū)動(dòng)力的頻率決定 故b正確 答案abc 對點(diǎn)練習(xí)鞏固 應(yīng)用 反饋 1 2 3 4 對阻尼振動(dòng)的理解1 若空氣阻力不可忽略 單擺在偏角很小的擺動(dòng)中 總是減小的物理量為 a 振幅b 位移c 周期d 機(jī)械能 1 2 3 4 解析有空氣阻力時(shí) 振動(dòng)為阻尼振動(dòng) 振幅不斷減小 機(jī)械能也不斷減小 在平衡位置 位移為零 而后位移增大 直至動(dòng)能為零時(shí)位移達(dá)到最大 然后位移又減小到零 所以位移不是一直減小 根據(jù)單擺周期公式t 2 l g不變 則t不變 故選項(xiàng)a d正確 答案ad 1 2 3 4 2 如圖5所示是單擺做阻尼運(yùn)動(dòng)的位移 時(shí)間圖線 下列說法中正確的是 圖5 a 擺球在p與n時(shí)刻的勢能相等b 擺球在p與n時(shí)刻的動(dòng)能相等c 擺球在p與n時(shí)刻的機(jī)械能相等d 擺球在p時(shí)刻的機(jī)械能小于n時(shí)刻的機(jī)械能 1 2 3 4 解析由于擺球的勢能大小由其位移和擺球質(zhì)量共同決定 p n兩時(shí)刻位移大小相同 所以關(guān)于平衡位置對稱 所以勢能相等 a正確 由于系統(tǒng)機(jī)械能在減少 p n勢能相同 則p處動(dòng)能大于n處動(dòng)能 所以b c d錯(cuò) 故正確答案為a 答案a 1 2 3 4 3 如圖6所示 曲軸上懸掛一彈簧振子 轉(zhuǎn)動(dòng)搖把 曲軸可以帶動(dòng)彈簧振子上下振動(dòng) 開始時(shí)不轉(zhuǎn)動(dòng)搖把 讓振子上下自由振動(dòng) 測得振動(dòng)頻率為2hz 然后勻速轉(zhuǎn)動(dòng)搖把 轉(zhuǎn)速為240r min 當(dāng)振子振動(dòng)穩(wěn)定后 它的振動(dòng)周期為 圖6 1 2 3 4 答案b 1 2 3 4 對共振的理解4 一個(gè)單擺做受迫振動(dòng) 其共振曲線 振幅a與驅(qū)動(dòng)力的頻率f的關(guān)系