2018-2019高中物理 第十一章 機械振動 第5節(jié) 外力作用下的振動課件 新人教版選修3-4.ppt

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第十一章,機械振動,第五節(jié)外力作用下的振動,課前預(yù)習(xí),1．固有振動振動系統(tǒng)________________________的振動。2．固有頻率_________振動的頻率。3．阻尼振動振幅______________的振動。,固有振動、阻尼振動,在不受外力作用下,固有,逐漸減小,4．對阻尼振動的理解(1)阻尼振動振幅減小的快慢跟所受阻尼的大小有關(guān)。阻尼越大，_________得越快。(2)阻尼振動若在一段不太長的時間內(nèi)振幅沒有明顯的減小，可以把它當(dāng)做____________來處理。,振幅減小,簡諧運動,1．驅(qū)動力作用于振動系統(tǒng)的_________外力。2．受迫振動系統(tǒng)在_________作用下的振動叫受迫振動。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_________的頻率，與系統(tǒng)的___________無關(guān)。,受迫振動,周期性,驅(qū)動力,驅(qū)動力,固有頻率,1．條件驅(qū)動力頻率_________系統(tǒng)的固有頻率。2．特征共振時受迫振動的_________最大。,共振,等于,振幅,3．共振的應(yīng)用與防止(1)共振的應(yīng)用①采用方法：在應(yīng)用共振時，驅(qū)動力頻率接近或等于振動系統(tǒng)的_________。②實例：轉(zhuǎn)速計、_________。(2)共振的防止①采用方法：在防止共振時，驅(qū)動力頻率與系統(tǒng)的___________相差越大越好。②實例：部隊過橋時用_________；火車過橋時_________；輪船航行時，改變航向或_________。目的都是驅(qū)動力的頻率_________物體的固有頻率。,固有頻率,共振篩,固有頻率,便步,減速,航速,遠(yuǎn)離,『判一判』(1)阻尼振動是機械能不斷減小的振動，它一定不是簡諧運動。()(2)單擺的振幅越來越小，是因為其能量在不斷消失。()(3)在外力作用下的振動就是受迫振動。()(4)受迫振動的頻率與振動系統(tǒng)的固有頻率無關(guān)。()(5)驅(qū)動力頻率越大，振幅越大。()(6)共振只有害處沒有好處。(),√,,,√,,,『選一選』(陜西西北大學(xué)附中2016年高二下學(xué)期期中)如圖所示，五個擺懸掛于同一根繃緊的水平繩上，先讓A擺動起來(擺角不超過5)，下列結(jié)論正確的是()A．E擺發(fā)生振動，其余擺均不動B．所有的擺以相同的頻率振動C．所有的擺以相同的擺角振動D．以上說法均不正確解析：B、C、D、E球做受迫振動，其頻率均與A球的頻率相同，E的擺角最大，選項B正確。,B,『想一想』某工廠的一個車間里，機器一開動，整個車間就灰塵四起，即對工人的健康有害，也影響產(chǎn)品的質(zhì)量，為此廠里請來了一個建筑工程師，他到車間看后，叫人在車間里建了幾根水泥立柱，問題就解決了。請你解釋其中的奧秘。答案：建幾根水泥立柱，改變了車間的固有頻率，使之不再與機器的振動頻率接近，避免車間產(chǎn)生共振現(xiàn)象。,課內(nèi)探究,生活中會見到陣風(fēng)吹過樹枝，使樹枝左右搖擺，一會兒樹枝就會停下來，而蕩秋千的小朋友在一旁大人的不斷推動下不停地擺動。(1)樹枝的運動是什么運動？(2)秋千的擺動是什么運動？提示：(1)阻尼振動(2)受迫振動,探究一比較簡諧運動、阻尼振動與受迫振動,1．認(rèn)識三種振動(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，是更實際的一種運動。(3)受迫振動是物體做阻尼振動時受到周期性驅(qū)動力作用下的振動。,2．簡諧運動、阻尼振動與受迫振動的比較,特別提醒：(1)阻尼振動的頻率：阻尼振動中振幅雖逐漸減小，但振動頻率不會變化，此頻率稱為固有頻率，由振動系統(tǒng)決定。(2)阻尼振動與簡諧運動的關(guān)系：實際的振動都會受到阻力的作用，是阻尼振動。當(dāng)阻力很小時，可認(rèn)為是簡諧運動。,(多選)一單擺在空氣中振動，振幅逐漸減小，下列說法正確的是()A．單擺的機械能逐漸轉(zhuǎn)化為其他形式的能B．單擺后一時刻的動能一定小于前一時刻的動能C．單擺振幅減小，頻率也隨著減小D．單擺振幅雖然減小，但其頻率不變,AD,解題指導(dǎo)：理解阻尼振動要從兩個方面入手：一是從振動能量上來講，由于阻力做功，振動物體的機械能逐漸減小，振幅逐漸變小，但由于振動中動能與勢能相互轉(zhuǎn)化，不能說下一時刻的動能(或勢能)變??；二是從振動周期、頻率上看，周期與頻率由振動系統(tǒng)本身決定，阻尼振動中周期、頻率不變。解析：單擺做阻尼振動，因不斷克服空氣阻力做功使機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但是在振動過程中，動能和勢能仍不斷相互轉(zhuǎn)化，不能確定兩個時刻的動能與勢能的大小關(guān)系，故選項A正確，選項B錯誤。做阻尼振動的物體，頻率由系統(tǒng)的特征決定，與振幅無關(guān)，所以其頻率不變，選項C錯誤，選項D正確。,〔對點訓(xùn)練1〕(多選)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)定后的頻率與自身物理條件無關(guān)解析：實際的自由振動中，由于阻力不可避免，故是阻尼振動，A正確；只有在周期性外力(驅(qū)動力)的作用下物體所做的振動才是受迫振動，B錯誤；阻尼振動振幅越來越小，C正確；受迫振動穩(wěn)定后的頻率等于驅(qū)動力的頻率，D正確。,ACD,用扁擔(dān)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？,探究二對共振的理解,提示：人挑水時，通過扁擔(dān)對水桶施加周期性的驅(qū)動力，當(dāng)驅(qū)動力的頻率等于桶里水的固有頻率時，水發(fā)生共振，水的動蕩就越來越厲害，就會從桶中濺出來。,1．共振的定義物體做受迫振動時，當(dāng)驅(qū)動力的頻率等于系統(tǒng)的固有頻率時，振動的振幅最大，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)動力的頻率等于振動系統(tǒng)的固有頻率。,3．共振曲線如圖所示。共振曲線直觀地反映出驅(qū)動力的頻率對受迫振動物體振幅的影響。由共振曲線可知，當(dāng)驅(qū)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。4．從功能關(guān)系理解當(dāng)驅(qū)動力的頻率等于固有頻率時，驅(qū)動力整個周期都與物體運動方向一致，從而任何時間都做正功，振動能量不斷增加，直到增加的能量等于克服阻力消耗的能量時，振幅達(dá)到最大值。,特別提醒：(1)受迫振動的振幅與驅(qū)動力頻率有關(guān)。(2)受迫振動的振幅可以不變，但受迫振動的機械能是不守恒的。(3)共振是物體做受迫振動時的一種特殊現(xiàn)象。共振有利時盡量讓f接近f0，有害時盡量讓f遠(yuǎn)離f0。,如圖所示，在曲軸A上懸掛一個彈簧振子，如果不轉(zhuǎn)動把手B，而用手向下拉振子小球m，放開手后，讓小球上下自由振動測得彈簧振子做30次全振動所用的時間是15s；如果勻速轉(zhuǎn)動把手，也可使彈簧振子上下振動。若使把手以轉(zhuǎn)速n＝30r/min勻速轉(zhuǎn)動，當(dāng)彈簧振子的振動達(dá)到穩(wěn)定后，它的振動周期是______s。若要想使彈簧振子的振幅達(dá)到最大，則把手的轉(zhuǎn)速應(yīng)為_______r/min。,2,120,解題指導(dǎo)：勻速轉(zhuǎn)動搖把后，振子做受迫振動，驅(qū)動力的周期等于把手轉(zhuǎn)動的周期。根據(jù)受迫振動特征f受迫＝f驅(qū)，有T受迫＝T驅(qū)。為使振子的振幅達(dá)到最大，只要T驅(qū)＝T固即可。,〔對點訓(xùn)練2〕(遼寧省大連市2017～2018學(xué)年高二下學(xué)期期中)一個單擺在地面上做受迫振動，其共振曲線(振幅A與驅(qū)動力頻率f的關(guān)系)如圖所示，則()A．此單擺的固有周期約為0.5sB．此單擺的擺長約為1mC．若擺長增大，單擺的固有頻率增大D．若擺長增大，共振曲線的峰將向右移動,B,素養(yǎng)提升,(1)利用：由共振的條件知，要利用共振，就應(yīng)盡量使驅(qū)動力的頻率與物體的固有頻率一致。(2)防止：由共振曲線可知，在需要防止共振危害時，要盡量使驅(qū)動力的頻率和固有頻率不相等，而且相差越大越好。,共振的利用與防止,(多選)把一個篩子用四根彈簧支起來，篩子上一個電動偏心輪，它每轉(zhuǎn)一周，給篩子一個驅(qū)動力，這樣就做成了一個共振篩(如圖所示)，篩子做自由振動時，完成10次全振動用時15s，在某電壓下，電動偏心輪轉(zhuǎn)速是36r/min。已知增大電壓可使偏心輪轉(zhuǎn)速提高；增加篩子的質(zhì)量，可以增大篩子的固有周期，那么要使篩子的振幅增大，下列哪些做法是正確的()A．提高輸入電壓B．降低輸入電壓C．增加篩子質(zhì)量D．減小篩子質(zhì)量,AC,方法提升：共振篩的工作原理是利用共振現(xiàn)象，當(dāng)電動機偏心輪的轉(zhuǎn)動周期跟篩子的固有周期相等時，就會發(fā)生共振。,