【步步高】高中物理 11.5 外力作用下的振动课件1 新人教选修34

第十一章机械振动11.5外力作用下的振动1.知道什么是阻尼振动和无阻尼振动，并能从能量的观点给予说明.2.知道受迫振动的概念.知道受迫振动的频率等于驱动力的频率，而跟振动物体的固有频率无关.3.理解共振的概念，知道常见的共振的应用和危害.学习目标定位学习探究区一、阻尼振动二、受迫振动三、共振一、阻尼振动问题设计在研究弹簧振子和单摆振动时，我们强调忽略阻力的影响，它们做的振动都属于简谐运动.而实际上，在实验室中让一个弹簧振子振动起来，经过一段时间它将停止振动，你知道是什么原因造成的吗？答案阻力阻碍了振子的运动，使机械能转化为内能.要点提炼对阻尼振动的理解1.系统受到摩擦力或其他阻力作用.系统克服阻尼的作用要消耗，因而振幅，最后停下来，阻尼振动的图象如图1所示.一、阻尼振动图1机械能减小2.能量变化：由于振动系统受到摩擦阻力和其他阻力作用，系统的机械能随时间减少，同时也在逐渐减小.阻尼越小，能量减少越慢，振幅减小越慢；阻尼过大时，系统将不能发生振动.一、阻尼振动振幅3.物体做阻尼振动时，振幅虽不断减小，但振动的仍由自身结构特点所决定，并不会随振幅的减小而变化.例如：用力敲锣，由于锣受到空气的阻尼作用，振幅越来越小，锣声减弱，但音调不变.一、阻尼振动频率二、受迫振动问题设计如图2所示，当弹簧振子自由振动时，振子就会慢慢地停下来，怎样才能使振子能够持续振动下去？图2答案有外力作用于弹簧振子.要点提炼1.受迫振动加在振动系统上的外力，叫做驱动力.系统在驱动力作用下的振动叫做受迫振动.2.受迫振动的周期和频率物体做受迫振动时，振动稳定后的频率等于的频率，跟系统的固有频率(填“有关”或“无关”).二、受迫振动周期性驱动力无关三、共振问题设计你知道部队过桥时为什么要便步走吗？答案防止共振现象发生.三、共共振要点提提炼1.共振的的条件件驱动力力的频频率与与系统统的相相等，，即f驱＝.2.共振曲曲线如图3所示，，共振振曲线线的横横坐标标为驱驱动力的频频率，，纵坐坐标为为受迫迫振动动系统统的振幅.三、共共振图3固有频频率f固由共振振曲线线可知知，当当驱动动力的的频率率与系系统的的固有有频率率相等等时，，受迫迫振动动的振振幅.3.共振的的利用用与防防止(1)利用：：由共共振的的条件件知，，要利利用共共振，，就应应尽量量使驱驱动力力的频频率与与系统统的固固有频频率一一致.如：共共振筛筛、荡荡秋千千、共共振转转速计计等.三、共共振最大(2)防止：：由共共振曲曲线可可知，，在需需要防防止共共振危危害时时，要要尽量量使驱驱动力力的频频率与与系统统的固固有频频率不不相等等，而而且相相差越越大越越好.如：部部队过过桥应应便步步走，，火车车过桥桥要减减速等等.三、共共振三、共共振4.固有振振动、、受迫迫振动动和共共振的的比较较

振动类型比较项目固有振动受迫振动共振受力情况仅受回复力

作用周期性驱动力作用周期性性驱动力三、共共振振动周期或频率由系统

决定，即固有周期或固有频率由

决定，即T＝

或f＝

T驱＝

或f驱＝

振动能量振动物体的机械能

由产生驱动力的物体提供振动物体获得的能量最大本身性性质驱动力力的周周期或频率率T驱f驱T固f固不变(或守恒恒)三、共共振常见例子弹簧振子或单摆机器运转时底座发生的振动共振筛、声音的共鸣等一、对对阻尼尼振动动的理理解典例精精析例1一单摆摆做阻阻尼振振动，，则在在振动动过程程中()A.振幅越越来越越小，，周期期也越越来越越小B.振幅越越来越越小，，周期期不变变C.在振动动过程程中，，通过过某一一位置置时，，机械械能始始终不不变D.在振动动过程程中，，机械械能不不守恒恒解析该该题题考查查阻尼尼振动动的能能量和和周期期.因单摆摆做阻阻尼振振动，，所以以振幅幅越来来越小小，机机械能能越来来越小小，振振动周周期不不变.BD二、对对受迫迫振动动的理理解典例精精析例2如图4所示，，把两两个弹弹簧振振子悬挂在在同一一支架架上，，已知知甲弹弹簧振振子的固固有频频率为为9Hz，乙弹弹簧振振子的固有有频率率为72Hz，当支支架在在受到到竖直方方向且且频率率为9Hz的驱动动力作作用做做受迫迫振动动时，，则两两个弹弹簧振振子的的振动动情况况是()图4二、对对受迫迫振动动的理理解典例精精析A.甲的振振幅较较大，，且振振动频频率为为18HzB.甲的振振幅较较大，，且振振动频频率为为9HzC.乙的振振幅较较大，，且振振动频频率为为9HzD.乙的振振幅较较大，，且振振动频频率为为72Hz解析根根据据受迫迫振动动发生生共振振的条条件可可知甲甲的振振幅较较大，，因为为甲的的固有有频率率等于于驱动动力的的频率率，做做受迫迫振动动的物物体的的频率率等于于驱动动力的的频率率，所所以B选项正正确.答案B典例精精析三、对对共振振的理理解例3如图5所示为为受迫迫振动动的演演示装装置，，当单摆摆A振动起起来后后，通通过水水平悬悬绳迫迫使单摆摆B、C振动，，则下下列说说法正正确的的是()A.只有A、C摆振动动周期期相等等B.A摆的振振幅比比B摆的小小C.B摆的振振幅比比C摆的大大D.A、B、C三摆的的振动动周期期相等等图5典例精精析三、对对共振振的理理解解析当单单摆A振动起来后后，单摆B、C做受迫振动动，做受迫迫振动的物物体的周期期(或频率)等于驱动力力的周期(或频率)，选项A错误，D正确；当物体的固固有频率等等于驱动力力的频率时时，发生共共振现象，，选项B、C错误.故正确答案案为D.答案D典例精析三、对共振振的理解例4一个单摆做做受迫振动动，其共振振曲线(振幅A与驱动力的的频率f的关系)如图6所示，则()A.此单摆的固固有周期约约为0.5sB.此单摆的摆摆长约为1mC.若摆长增大大，单摆的的固有频率率增大D.若摆长增大大，共振曲曲线的峰将将向右移动动图6典例精析三、对共振振的理解解析由共共振条件知知单摆固有有频率为f＝0.5Hz，则其固有有周期为T＝＝＝2s，选项A错；由单摆周期期公式T＝2π，可求得单单摆摆长为为l＝≈1m，选项B对；摆长增大，，单摆的周周期变大，，其固有频频率变小，，共振曲线线的峰将向向左移动，，选项C、D错.答案B课堂要点小小结外力作用下下的振动阻尼振动受迫振动驱动力受迫振动的的频率共振条件特点自我检测区区12341231.(对阻尼振动动的理解)做阻尼振动动的振子哪哪些物理量量在减小()A.机械能B.振幅C.周期D.频率AB42.(对受迫振动动的理解)如图7所示，曲轴轴上悬挂一弹簧振子子，转动摇摇把，曲轴轴可以带动动弹簧振子上下振动动.开始时不转转动摇把，，让振子上上下自由振动，测测得振动频频率为2Hz，然后匀速速转动摇把，转速速为240r/min，当振子振振动稳定后后，它的振振动周期为为()A.sB.s C.2sD.4s图7解析受迫迫振动的周周期等于驱驱动力的周周期，故T＝s＝s.B12343.(阻尼振动中中的能量)如图8所示是一个个水平弹簧簧振子做阻阻尼振动的的振动图象象，曲线上上A、B两点连线与与横轴平行行，下列说说法正确的的是()图81234A.振子在A时刻的动能能等于B时刻的动能能B.振子在A时刻的势能能大于B时刻的势能能C.振子在A时刻的机械械能等于B时刻的机械械能D.振子在A时刻的机械械能大于B时刻的机械械能解析由于于弹簧振子子做阻尼振振动，所以以A时刻的机械械能大于B时刻的机械械能，C错，D对；1234由于弹簧的的弹性势能能仅与弹簧簧的形变量量(即振子的位位移)有关，A、B时刻弹簧的的形变量相相等，故势势能相等，，所以B错；通过上述分分析可知振振子在A时刻的动能能大于B时刻的动能能，A错.答案D12344.(对共振的理理解)如图9所示为两个个单摆做受迫振动的的共振曲线线，则下列列说法正确确的是()A.两个单摆摆的固有有周期之之比为TⅠ∶TⅡ＝2∶5B.若两个受受迫振动动在地球球上同一一地点进进行，则则两个摆摆长之比为lⅠ∶lⅡ＝4∶25图91234C.图线Ⅱ若是在地地面上完完成的，，则该摆摆摆长约约为1mD.若两个受受迫振动动分别在在月球上上和地球球上进行行，且摆摆长相等，则则图线Ⅱ是月球上上的单摆摆的共振振曲线解析由由共振曲曲线及共共振的条条件可知知，Ⅰ和Ⅱ的固有频频率分别别为0.2Hz和