高二物理WL3-4-1105《外力作用下的振動(dòng)》導(dǎo)學(xué)案

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1、高二物理 WL—X3-4—1105—09 §11、5《外力作用下的振動(dòng)》導(dǎo)學(xué)案 編寫(xiě)：劉峰 審核：徐斌 時(shí)間： 班級(jí) 組別 組名 姓名 【學(xué)習(xí)目標(biāo)】 1．知道阻尼振動(dòng)和阻尼振動(dòng)中能量轉(zhuǎn)化的情況。 2．知道什么是受迫振動(dòng)及其產(chǎn)生的條件，知道物體做受迫振動(dòng)的特點(diǎn)。 3．認(rèn)識(shí)共振現(xiàn)象，知道產(chǎn)生共振現(xiàn)象的條件，.知道共振的應(yīng)用和防止的事例.和方法。 【重點(diǎn)、難點(diǎn)】 受迫振動(dòng)的頻率特點(diǎn)、共振的特點(diǎn)及條件 【學(xué)習(xí)過(guò)程】 知識(shí)點(diǎn)1

2、、阻尼振動(dòng) 閱讀課本P18頁(yè)1、2、3自然段完成下列問(wèn)題 1、固有頻率：如果振動(dòng)系統(tǒng)不受外力作用，此時(shí)的振動(dòng)叫________，其振動(dòng)頻率稱(chēng)為_(kāi)____。 2、從振幅有無(wú)變化來(lái)區(qū)分，振動(dòng)可分為_(kāi)______振動(dòng)和_______振動(dòng) x t O （1）、阻尼振動(dòng)：振動(dòng)物體克服摩擦力和其它阻力做功，系統(tǒng)能量______，振幅也隨之______，我們把這種振幅逐漸減小的振動(dòng)叫做 。我們說(shuō)物體受到的摩擦力或其它阻力為阻尼。振動(dòng)系統(tǒng)受到的阻尼越大，振幅減小的______，阻尼越小，振幅減小的_______。 （2）、 阻尼振動(dòng)的圖象：用縱坐標(biāo)表示振動(dòng)的振幅，橫坐標(biāo)表示

3、振動(dòng)的時(shí)間，由于阻尼振動(dòng)是減幅振動(dòng)，故振動(dòng)圖象如右圖所示。 (3)、阻尼振動(dòng)特點(diǎn)：阻尼振動(dòng)的振幅盡管在減小，但其振動(dòng)周期(頻率)不變，它是由振動(dòng)系統(tǒng)決定的。振動(dòng)系統(tǒng)確定后，其振動(dòng)的周期(頻率)就不變，稱(chēng)為固有周期(頻率)。 例如：用力敲鑼?zhuān)捎阼屖艿娇諝獾淖枘嶙饔茫穹絹?lái)越小，鑼聲減弱，但音調(diào)不變。 （4）無(wú)阻尼振動(dòng)：振幅保持不變的振動(dòng)。 說(shuō)明：10物體做阻尼振動(dòng)時(shí)，振幅雖然不斷減小，但振動(dòng)的頻率不會(huì)隨振幅的減小而變化，由自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定。 20阻尼振動(dòng)在一段不太長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)振幅若沒(méi)有明顯減小，可以將其當(dāng)作簡(jiǎn)諧振動(dòng)處理 例1．一個(gè)單擺在做實(shí)際的阻尼振動(dòng)時(shí)（ ） A、周期越

4、來(lái)越小 B、位移越來(lái)越小 C、振幅越來(lái)越小 D、機(jī)械能越來(lái)越小 練習(xí)1．一單擺在空氣中振動(dòng)，振幅逐漸減小，下列說(shuō)法正確的是（ ） A、振動(dòng)能量逐漸轉(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(shì)能一定小于前一時(shí)刻的勢(shì)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 知識(shí)點(diǎn)2、受迫振動(dòng) 閱讀課本P18-19頁(yè)第4自然段完成下列問(wèn)題 1、定義：阻尼振動(dòng)最終要停止，為使系統(tǒng)持續(xù)的振動(dòng)下去，最簡(jiǎn)單的辦法是將周期性的外力作用于振動(dòng)系統(tǒng)，外力對(duì)系統(tǒng)做功，補(bǔ)償系統(tǒng)的能量損耗，該種周期性的外力叫做_______。系統(tǒng)在驅(qū)動(dòng)力作用下的振動(dòng)叫

5、做______振動(dòng)。 2、受迫振動(dòng)的特點(diǎn)： （1）受迫振動(dòng)的周期和頻率由________________決定，與振動(dòng)物體的__________________ ________________無(wú)關(guān)，其周期和頻率總等于驅(qū)動(dòng)力的周期和頻率。 （2）受迫振動(dòng)的振幅與驅(qū)動(dòng)力的頻率和固有頻率之差有關(guān)，驅(qū)動(dòng)力的頻率與固有頻率之差越大，受迫振動(dòng)的振幅越小，反之兩者之差越小，振幅越大。當(dāng)兩者的頻率_______時(shí)，受迫振動(dòng)的振幅最大。 3、自由振動(dòng)：象彈簧振子和單擺那樣，物體偏離平衡位置后，它們就在自己的彈力或重力作用下振動(dòng)起來(lái)，而不需要其他外力的推動(dòng)，這種振動(dòng)叫做自由振動(dòng)。 思維點(diǎn)撥：物體的振動(dòng)

6、按照能量是否損耗可分為阻尼振動(dòng)（減幅振動(dòng)）和無(wú)阻尼振動(dòng)（等幅振動(dòng)）；按照振動(dòng)的成因可分為自由振動(dòng)和受迫振動(dòng)。 例2．下列各種振動(dòng),不屬于受迫振動(dòng)的是（ ） A、敲擊后的鑼面的振動(dòng) B、縫紉機(jī)針的振動(dòng) C、人挑擔(dān)子時(shí),擔(dān)子上下振動(dòng) D、蜻蜓、蝴蝶翅膀的振動(dòng) 練習(xí)2．如圖所示，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(kāi)始時(shí)不轉(zhuǎn)動(dòng)搖把，讓振子上下自由振動(dòng)，測(cè)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（　 ） A、1/2s B

7、、1/4s C、2s D、4s 知識(shí)點(diǎn)3：共振 閱讀課本P19頁(yè)第5自然段完成下列問(wèn)題 不管系統(tǒng)的固有頻率如何，受迫振動(dòng)的頻率總等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，與系統(tǒng)的固有頻率無(wú)關(guān)，但受迫振動(dòng)的振幅與驅(qū)動(dòng)力的頻率和固有頻率有關(guān)； 1、定義：當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率等于系統(tǒng)的固有頻率時(shí)受迫振動(dòng)的振幅最大，該種現(xiàn)象叫做__________。 受迫振動(dòng)的振幅隨驅(qū)動(dòng)力頻率的變化而變化；驅(qū)動(dòng)力的頻率與物體的固有頻率越接近，受迫振動(dòng)的振幅越大。 2、條件：__________，即驅(qū)動(dòng)力的頻率______固有頻率。 3.共振曲線 （1）共振曲線：受迫振動(dòng)的振幅A與

8、驅(qū)動(dòng)力的頻率f及振動(dòng)物體的固有頻率f＇之間的關(guān)系有關(guān)，它們之間的這種關(guān)系可用圖象來(lái)表示，這個(gè)圖象叫共振曲線，如圖所示。縱軸表示受迫振動(dòng)的振幅，橫軸表示驅(qū)動(dòng)力的頻率。 （2）共振曲線的特點(diǎn)：①當(dāng)驅(qū)動(dòng)力頻率等于物體固有頻率時(shí)，物體振動(dòng)的振幅最大。②當(dāng)固有頻率不等于驅(qū)動(dòng)力頻率時(shí)，二者越接近，振幅越大；相差越大，振幅越小。③共振曲線上除峰值外，其他某一振幅都對(duì)應(yīng)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)力頻率。 4.共振的應(yīng)用和防止 （1）利用共振時(shí)，應(yīng)使驅(qū)動(dòng)力的頻率接近或等于物體的固有頻率。實(shí)例：共振篩、音箱、小提琴與二胡等樂(lè)器設(shè)置共鳴箱、建筑工地上澆鑄混凝土?xí)r使用的振搗器、跳水運(yùn)動(dòng)員做起跳動(dòng)作的“顛板”過(guò)程等。 （2

9、）防止共振時(shí)，應(yīng)使驅(qū)動(dòng)力的頻率與振動(dòng)物體的固有頻率不同，而且相差越大越好。實(shí)例：火車(chē)過(guò)橋時(shí)要放慢速度、軍隊(duì)過(guò)橋時(shí)用便步行走、輪船航行時(shí)要看波浪的打擊方向而改變輪船的航向和速度、機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)為了防止共振要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速等。 例3．如圖所示演示裝置，一根張緊的水平繩上掛著五個(gè)單擺，其中A、E擺長(zhǎng)相同，先使A擺擺動(dòng)，其余各擺也擺動(dòng)起來(lái)，可以發(fā)現(xiàn)（ ） A、各擺擺動(dòng)的周期均與A擺相同 B、B擺振動(dòng)的周期最短 C、C擺振動(dòng)的周期最長(zhǎng) D、E擺的振幅最大 練習(xí)3．在火車(chē)的車(chē)廂里懸掛一擺長(zhǎng)l=40cm的單擺，由于鐵軌接合處給火車(chē)的撞擊使擺球發(fā)生受迫擺動(dòng)。已知

10、鐵軌長(zhǎng)L=12.56m，當(dāng)擺球的振幅最大時(shí)，火車(chē)的速度為（　 ） A、5m/s B、10m/s C、15m/s D、20m/s 【典型例題】 例1.如圖所示是一個(gè)單擺做阻尼振動(dòng)的振動(dòng)圖象，A、B兩點(diǎn)所在直線與橫軸平行。下列說(shuō)法正確的是（ ) A.物體A時(shí)刻的動(dòng)能等于B時(shí)刻的動(dòng)能 B.物體A時(shí)刻的勢(shì)能等于B時(shí)刻的勢(shì)能 C.物體A時(shí)刻的機(jī)械能等于B時(shí)刻的機(jī)械能 D.物體A時(shí)刻的機(jī)械能大于B時(shí)刻的機(jī)械能 例2.如圖所示是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，請(qǐng)完成： （1）這個(gè)單擺的擺長(zhǎng)是多少？ （2

11、）如果擺長(zhǎng)變長(zhǎng)一些，畫(huà)出來(lái)的圖象的高峰將向哪個(gè)方向移動(dòng)？ 【當(dāng)堂檢測(cè)】 1、關(guān)于阻尼振動(dòng)，下列說(shuō)法中正確的是（ ） A. 機(jī)械能不斷減少 B. 動(dòng)能不斷減少 C. 振幅不斷減小 D. 一定不是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng) 2、兩個(gè)彈簧振子，甲的固有頻率是100Hz，乙的固有頻率是400Hz，若它們均在頻率是300Hz的驅(qū)動(dòng)力作用下做受迫振動(dòng)，則（ ） A．甲的振幅較大，振動(dòng)頻率是100Hz B．乙的振幅較大，振動(dòng)頻率是300Hz C．甲的振幅較大，振動(dòng)頻率是300Hz D．乙的振幅較大，振動(dòng)頻率是400Hz 3、關(guān)于受迫振動(dòng)，下列說(shuō)

12、法中正確的是：（ ） A. 是在一定外力作用下的振動(dòng) B. 振動(dòng)頻率可能大于或小于系統(tǒng)的固有頻率 C. 振動(dòng)頻率一定等于固有頻率 D. 振動(dòng)頻率一定等于驅(qū)動(dòng)力的頻率 4、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(lái)越劇烈，然后振動(dòng)逐漸減弱，對(duì)這一現(xiàn)象，下列說(shuō)法正確的是 (　　) ①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 ②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 ③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 ④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 A．①　　　　

13、 B．③　　　　 C．①④　　　 D．②④ 5、部隊(duì)經(jīng)過(guò)橋梁時(shí)，規(guī)定不許齊步走，登山運(yùn)動(dòng)員登高山時(shí)，不許高聲叫喊，主要原因 是(　　) A．減輕對(duì)橋的壓力，避免產(chǎn)生回聲 B．減少對(duì)橋、雪山的沖量 C．避免使橋、使雪山發(fā)生共振 D．使橋受到的壓力更不均勻，使登山運(yùn)動(dòng)員耗散能量減少 6、下列現(xiàn)象中，防止共振現(xiàn)象危害的是（ ） A. 秋千越蕩越高 B. 火車(chē)過(guò)橋時(shí)要慢開(kāi) C. 輪船航行時(shí)受到波浪的沖擊，改變輪船的航行速率 D. 建房時(shí)要考慮廠房的固有頻率與機(jī)器開(kāi)動(dòng)時(shí)振動(dòng)頻率的差異 7、如圖所示，在曲軸A上懸掛一個(gè)彈簧振子，若搖動(dòng)搖把C，曲軸可

14、以帶動(dòng)彈簧振子上下振動(dòng)，開(kāi)始時(shí)不轉(zhuǎn)動(dòng)搖把，測(cè)得彈簧振子在10秒內(nèi)完成20次全振動(dòng)，然后勻速轉(zhuǎn)動(dòng)搖把，當(dāng)其轉(zhuǎn)速為_(kāi)______轉(zhuǎn)/秒時(shí)，彈簧振子的振幅最大。當(dāng)搖把轉(zhuǎn)速為4轉(zhuǎn)/秒時(shí)，彈簧振子振動(dòng)穩(wěn)定后的振動(dòng)周期T=___________s。 8、汽車(chē)的車(chē)身是裝在彈簧上的，如果這個(gè)系統(tǒng)的固有周期是1.5s，汽車(chē)在一條起伏不平的路上行駛，路上各凸起處大約都相隔8m，汽車(chē)以多大速度行駛時(shí)，車(chē)身上下顛簸得最劇烈？ 【學(xué)后反思】：