高中物理 11.5 外力作用下的振動(dòng)課件 新人教版選修34.ppt

5外力作用下的振動(dòng) 1 知道什么是阻尼振動(dòng) 知道在什么情況下可以把實(shí)際發(fā)生的振動(dòng)看做簡諧運(yùn)動(dòng) 2 知道什么叫驅(qū)動(dòng)力 什么叫受迫振動(dòng) 能舉出受迫振動(dòng)的實(shí)例 知道受迫振動(dòng)的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率 跟物體的固有頻率無關(guān) 3 知道什么是共振以及發(fā)生共振的條件 1 自由振動(dòng) 固有振動(dòng) 振動(dòng)系統(tǒng)只在 相互作用力下 外力為零 的振動(dòng) 2 固有頻率和固有周期 自由振動(dòng)的頻率稱為 其周期稱為 當(dāng)振動(dòng)系統(tǒng)受到 作用時(shí) 系統(tǒng)克服 做功 消耗 因而 逐漸減小 最終會(huì)停下來 這種 逐漸減小的振動(dòng)叫阻尼振動(dòng) 一 阻尼振動(dòng) 固有周期和固有頻率 阻尼振動(dòng) 內(nèi)部 固有頻率 固有周期 阻力 阻力 機(jī)械能 振幅 振幅 驅(qū)動(dòng)力 作用于振動(dòng)系統(tǒng)的 的外力 受迫振動(dòng) 振動(dòng)系統(tǒng)在 作用下的振動(dòng) 驅(qū)動(dòng)力作用 通過對系統(tǒng) 補(bǔ)償系統(tǒng)能量損失 受迫振動(dòng)的頻率 做受迫振動(dòng)的系統(tǒng)穩(wěn)定后 其振動(dòng)頻率由 頻率決定 與系統(tǒng)的 無關(guān) 即f迫 f驅(qū) 二 受迫振動(dòng) 周期性 驅(qū)動(dòng)力 做功 驅(qū)動(dòng)力 固有頻率 三 共振 條件 驅(qū)動(dòng)力頻率 物體的固有頻率 特征 在無阻尼受迫振動(dòng)中 共振時(shí)受迫振動(dòng)的 最大 共振曲線 如圖11 5 1所示 等于 振幅 圖11 5 1 簡諧運(yùn)動(dòng)是一種理想化的模型 物體運(yùn)動(dòng)過程中的一切阻力都不考慮 阻尼振動(dòng)卻考慮阻力的影響 是更實(shí)際的一種運(yùn)動(dòng) 而受迫振動(dòng)則是物體做阻尼振動(dòng)時(shí)受到周期性驅(qū)動(dòng)力作用下的振動(dòng) 三者對比列表如下 一 簡諧運(yùn)動(dòng) 阻尼振動(dòng)與受迫振動(dòng)的區(qū)別 提醒 1 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 此頻率稱為固有頻率 由振動(dòng)系統(tǒng)決定 2 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) 共振現(xiàn)象是受迫振動(dòng)的一種特殊例子 受迫振動(dòng)中 當(dāng)驅(qū)動(dòng)力頻率等于系統(tǒng)的固有頻率時(shí) 振幅最大 這種受迫振動(dòng)就是共振 共振的條件 驅(qū)動(dòng)力頻率等于或接近系統(tǒng)的固有頻率 從受力角度看 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)力對它起加速作用 使它的振幅增大 驅(qū)動(dòng)力的頻率跟物體的固有頻率越接近 使物體振幅增大的力的作用次數(shù)就越多 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 二 共振現(xiàn)象及其在生活中的應(yīng)用 1 特點(diǎn) 在應(yīng)用共振時(shí) 應(yīng)使驅(qū)動(dòng)力頻率接近或等于振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率 2 實(shí)例 共振篩 轉(zhuǎn)速計(jì) 蕩秋千等 1 特點(diǎn) 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 2 實(shí)例 部隊(duì)過橋時(shí)用便步走 火車過橋時(shí)減速 輪船航行時(shí) 改變航向或航速 目的都是使驅(qū)動(dòng)力頻率遠(yuǎn)離物體的固有頻率 共振現(xiàn)象的應(yīng)用 共振現(xiàn)象的防止 一單擺在空氣中振動(dòng) 振幅逐漸減小 下列說法正確的是 a 機(jī)械能逐漸轉(zhuǎn)化為其他形式的能b 后一時(shí)刻的動(dòng)能一定小于前一時(shí)刻的動(dòng)能c 后一時(shí)刻的勢能一定小于前一時(shí)刻的勢能d 后一時(shí)刻的機(jī)械能一定小于前一時(shí)刻的機(jī)械能 典例1 對阻尼振動(dòng)的認(rèn)識(shí) 解析單擺振動(dòng)過程中 因不斷克服空氣阻力做功 使機(jī)械能逐漸轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 選項(xiàng)a和d對 雖然單擺總的機(jī)械能在逐漸減小 但在振動(dòng)過程中動(dòng)能和勢能仍不斷地相互轉(zhuǎn)化 動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢能時(shí) 動(dòng)能逐漸減小 勢能逐漸增大 而勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能時(shí) 勢能逐漸減小 動(dòng)能逐漸增大 所以不能斷言后一時(shí)刻的動(dòng)能 或勢能 一定小于前一時(shí)刻的動(dòng)能 或勢能 故選項(xiàng)b c不對 答案ad 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 振動(dòng)過程中 機(jī)械能不守恒 周期不變解析該題考查阻尼振動(dòng)的能量和周期 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 振動(dòng)周期不變 答案bd 變式1 如圖11 5 2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 而讓振子自由上下振動(dòng) 測得其頻率為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)定時(shí) 它們振動(dòng)周期為 受迫振動(dòng)和共振現(xiàn)象 典例2 圖11 5 2 a 0 5sb 0 25sc 2sd 4s 答案b借題發(fā)揮 1 受迫振動(dòng)穩(wěn)定后的周期等于驅(qū)動(dòng)力的周期 與系統(tǒng)的固有周期無關(guān) 2 當(dāng)f驅(qū) f固時(shí) 發(fā)生共振 物體的振幅最大 如圖11 5 3所示為單擺在兩次受迫振動(dòng)中的共振曲線 下列說法正確的是 a 若兩次受迫振動(dòng)分別在月球上和地球上進(jìn)行 且擺長相同 則圖線 表示月球上單擺的共振曲線 變式2 圖11 5 3 b 若兩次受迫振動(dòng)是在地球上同一地點(diǎn)進(jìn)行 則兩次擺長之比l1 l2 25 4c 圖線 若是在地球上完成的 則該擺擺長約為1md 若擺長均為1m 則圖線 是在地球上完成的 解析圖線中振幅最大處對應(yīng)頻率應(yīng)與做受迫振動(dòng)的單擺的固有頻率相等 從圖線上可以看出 兩擺的固有頻率f1 0 2hz f2 0 5hz 當(dāng)兩擺分別在月球上和地球上做受迫振動(dòng)且擺長相等時(shí) 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 所以圖線 表示月球上單擺的共振曲線 選項(xiàng)a正確 圖線 若是在地球上完成的 將g 9 8m s2和f2 0 5hz代入頻率的計(jì)算公式可解得l2 1m 所以選項(xiàng)c正確 d錯(cuò)誤 答案abc 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 對阻尼振動(dòng)的認(rèn)識(shí) 1 答案ad 一洗衣機(jī)在正常工作時(shí)非常平穩(wěn) 當(dāng)切斷電源后 發(fā)現(xiàn)洗衣機(jī)先是振動(dòng)越來越劇烈 然后振動(dòng)再逐漸減弱 對這一現(xiàn)象 下列說法正確的是 a 正常工作時(shí) 洗衣機(jī)波輪的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率比洗衣機(jī)的固有頻率大b 正常工作時(shí) 洗衣機(jī)波輪的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率比洗衣機(jī)的固有頻率小c 正常工作時(shí) 洗衣機(jī)波輪的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率等于洗衣機(jī)的固有頻率d 當(dāng)洗衣機(jī)振動(dòng)最劇烈時(shí) 波輪的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率恰好等于洗衣機(jī)的固有頻率 受迫振動(dòng)和共振現(xiàn)象 2 解析洗衣機(jī)切斷電源 波輪的轉(zhuǎn)動(dòng)逐漸慢下來 在某一小段時(shí)間內(nèi)洗衣機(jī)發(fā)生了強(qiáng)烈的振動(dòng) 說明了此時(shí)波輪的頻率與洗衣機(jī)固有頻率相同 發(fā)生了共振 此后波輪轉(zhuǎn)速減慢 則f驅(qū) f固 所以共振現(xiàn)象消失 洗衣機(jī)的振動(dòng)隨之減弱 所以答案是ad 答案ad 3 下表記錄了某受迫振動(dòng)的振幅隨驅(qū)動(dòng)力頻率變化的關(guān)系 若該振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率為f固 則 a f固 60hzb 60hz f固 70hzc 50hz f固 60hzd 以上三項(xiàng)