浙江省高中物理 第十一章 機(jī)械振動(dòng) 第5課時(shí) 外力作用下的振動(dòng)課件 新人教版選修34
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1、創(chuàng)新設(shè)計(jì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)課堂自測(cè)課堂導(dǎo)學(xué)第第5課時(shí)外力作用下的振動(dòng)課時(shí)外力作用下的振動(dòng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)課堂自測(cè)課堂導(dǎo)學(xué)研究選考研究選考把握考情把握考情知識(shí)內(nèi)容知識(shí)內(nèi)容外力作用下的振動(dòng)外力作用下的振動(dòng)考試要求考試要求加試加試b教學(xué)要求教學(xué)要求1.了解固有振動(dòng)和固有頻率了解固有振動(dòng)和固有頻率2.了解阻尼振動(dòng),知道阻尼振動(dòng)時(shí),振動(dòng)物體的能量變化情況了解阻尼振動(dòng),知道阻尼振動(dòng)時(shí),振動(dòng)物體的能量變化情況3.了解受迫振動(dòng),知道受迫振動(dòng)的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率與物體了解受迫振動(dòng),知道受迫振動(dòng)的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率與物體的固有頻率無關(guān)的固有頻率無關(guān)4.了解共振現(xiàn)象,知道共振現(xiàn)象產(chǎn)生的條件了解共振現(xiàn)象,知道共振現(xiàn)象產(chǎn)生的
2、條件5.理解共振曲線理解共振曲線創(chuàng)新設(shè)計(jì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)課堂自測(cè)課堂導(dǎo)學(xué)知識(shí)點(diǎn)一阻尼振動(dòng)知識(shí)點(diǎn)一阻尼振動(dòng)基基 礎(chǔ)礎(chǔ) 梳梳 理理1.固有振動(dòng)固有振動(dòng)如果如果振動(dòng)系統(tǒng)不振動(dòng)系統(tǒng)不受受_的的作用,此時(shí)的振動(dòng)叫做固有振動(dòng),其振動(dòng)頻率作用,此時(shí)的振動(dòng)叫做固有振動(dòng),其振動(dòng)頻率稱為稱為_2.阻尼振動(dòng)阻尼振動(dòng)當(dāng)當(dāng)振動(dòng)系統(tǒng)受到阻力的作用時(shí),我們說振動(dòng)受到振動(dòng)系統(tǒng)受到阻力的作用時(shí),我們說振動(dòng)受到了了_ ,系統(tǒng)系統(tǒng)克服克服_的的作作用要做功,消耗機(jī)械能,用要做功,消耗機(jī)械能,因而因而_減小減小,最后停下來。這種振幅逐漸減小的振,最后停下來。這種振幅逐漸減小的振動(dòng),叫做阻尼振動(dòng)。動(dòng),叫做阻尼振動(dòng)。外力外力固有頻率固有頻率阻尼
3、阻尼阻尼阻尼振幅振幅創(chuàng)新設(shè)計(jì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)課堂自測(cè)課堂導(dǎo)學(xué)一單擺做阻尼振動(dòng),則在振動(dòng)過程中一單擺做阻尼振動(dòng),則在振動(dòng)過程中()A.振幅越來越小,周期也越來越小振幅越來越小,周期也越來越小B.振幅越來越小,周期不變振幅越來越小,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?cè)谡駝?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?cè)谡駝?dòng)過程中,機(jī)械能不守恒,周期不變解析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,振動(dòng)周期不變。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。答案答案BD即即 學(xué)學(xué) 即即 練練創(chuàng)新設(shè)計(jì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)課堂自測(cè)課堂導(dǎo)
4、學(xué)知識(shí)點(diǎn)二受迫振動(dòng)知識(shí)點(diǎn)二受迫振動(dòng)1.驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)力:_的的外力。外力。2.受迫振動(dòng):系統(tǒng)受迫振動(dòng):系統(tǒng)在在_作用作用下的振動(dòng)。下的振動(dòng)。3.受迫振動(dòng)的頻率:不管系統(tǒng)的固有頻率如何,它做受迫振動(dòng)的頻率總等于受迫振動(dòng)的頻率:不管系統(tǒng)的固有頻率如何,它做受迫振動(dòng)的頻率總等于周期性周期性_的的頻率,與系統(tǒng)頻率,與系統(tǒng)的的_無關(guān)無關(guān)。4.共振:驅(qū)動(dòng)力頻率共振:驅(qū)動(dòng)力頻率f _系統(tǒng)系統(tǒng)的固有頻率的固有頻率f0時(shí),受迫振動(dòng)時(shí),受迫振動(dòng)的的_最大最大,這種現(xiàn),這種現(xiàn)象叫做共振。象叫做共振。基基 礎(chǔ)礎(chǔ) 梳梳 理理周期性周期性驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)力固有頻率固有頻率等于等于振幅振幅創(chuàng)新設(shè)計(jì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)課堂自測(cè)課堂導(dǎo)學(xué)
5、要要 點(diǎn)點(diǎn) 精精 講講1.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(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。等,物體做等幅振動(dòng),但此振動(dòng)不是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。2.對(duì)共振現(xiàn)象的理解對(duì)共振現(xiàn)象的理解(1)發(fā)生共振的條件發(fā)生共振的條件f驅(qū)驅(qū)f固固,即驅(qū)動(dòng)力的頻率等于振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率。,即驅(qū)動(dòng)力的頻率等于振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率。(2)共振曲線共振曲線(如圖如圖1所示所示)圖圖1創(chuàng)新設(shè)計(jì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)課堂自測(cè)課堂導(dǎo)學(xué)3.共振的防止與利用共振的防止與利用(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
6、體的固有利用: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、蕩秋千、共振轉(zhuǎn)速計(jì)等。頻率一致。如共振篩、蕩秋千、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。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。說明:共振是物體做受迫振動(dòng)時(shí)的一種特殊現(xiàn)象。創(chuàng)新設(shè)計(jì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)課堂自測(cè)課堂導(dǎo)學(xué)【例【例1】 如圖如圖2所示的裝置,彈簧振子的固有頻率是所示的裝置,彈
7、簧振子的固有頻率是4 Hz?,F(xiàn)勻?,F(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(cè)得彈簧振子振速轉(zhuǎn)動(dòng)把手,給彈簧振子以周期性的驅(qū)動(dòng)力,測(cè)得彈簧振子振動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)的頻率為動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)的頻率為1 Hz,則把手轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率為,則把手轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率為()A.1 Hz B.3 HzC.4 Hz D.5 Hz解析解析受迫振動(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1 Hz,選項(xiàng),選項(xiàng)A正確。正確。答案答案A圖圖2創(chuàng)新設(shè)計(jì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)課堂自測(cè)課堂導(dǎo)學(xué)【例【例2】 如圖如圖3甲所示,豎直圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),可帶動(dòng)固定在圓盤上的甲所示,豎直圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),可帶動(dòng)固定在圓盤上的T形支架在豎
8、直方向形支架在豎直方向振動(dòng),振動(dòng),T形支架的下面系著一個(gè)彈簧和小球,共同組成一個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)。當(dāng)圓盤靜止形支架的下面系著一個(gè)彈簧和小球,共同組成一個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)。當(dāng)圓盤靜止時(shí),小球可穩(wěn)定振動(dòng)?,F(xiàn)使圓盤以時(shí),小球可穩(wěn)定振動(dòng)。現(xiàn)使圓盤以4 s的周期勻速轉(zhuǎn)動(dòng),經(jīng)過一段時(shí)間后,小球振動(dòng)的周期勻速轉(zhuǎn)動(dòng),經(jīng)過一段時(shí)間后,小球振動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定。改變圓盤勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的周期,彈簧和小球系統(tǒng)的共振曲線達(dá)到穩(wěn)定。改變圓盤勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的周期,彈簧和小球系統(tǒng)的共振曲線(振幅振幅A與驅(qū)動(dòng)力與驅(qū)動(dòng)力的頻率的頻率f的關(guān)系的關(guān)系)如圖乙所示,則如圖乙所示,則()圖圖3創(chuàng)新設(shè)計(jì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)課堂自測(cè)課堂導(dǎo)學(xué)A.此振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率約為此振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率
9、約為3 HzB.此振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率約為此振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率約為0.25 HzC.若圓盤勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的周期增大,系統(tǒng)的振動(dòng)頻率不變?nèi)魣A盤勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的周期增大,系統(tǒng)的振動(dòng)頻率不變D.若圓盤勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的周期增大,共振曲線的峰值將向右移動(dòng)若圓盤勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的周期增大,共振曲線的峰值將向右移動(dòng)解析解析當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率與振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率相同時(shí),振幅最大,所以固有頻率當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率與振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率相同時(shí),振幅最大,所以固有頻率約為約為3 Hz,選項(xiàng),選項(xiàng)A正確,正確,B錯(cuò)誤;受迫振動(dòng)的振動(dòng)周期由驅(qū)動(dòng)力的周期決定,所以錯(cuò)誤;受迫振動(dòng)的振動(dòng)周期由驅(qū)動(dòng)力的周期決定,所以圓盤勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的周期增大,系統(tǒng)的振動(dòng)頻率減小,選項(xiàng)圓
10、盤勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的周期增大,系統(tǒng)的振動(dòng)頻率減小,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;系統(tǒng)的固有頻率不錯(cuò)誤;系統(tǒng)的固有頻率不變,共振曲線的峰值位置不變,選項(xiàng)變,共振曲線的峰值位置不變,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。錯(cuò)誤。答案答案A創(chuàng)新設(shè)計(jì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)課堂自測(cè)課堂導(dǎo)學(xué)【跟蹤訓(xùn)練】【跟蹤訓(xùn)練】 如圖如圖4表示一彈簧振子做受迫振動(dòng)時(shí)的表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)力頻率為驅(qū)動(dòng)力頻率為f2時(shí),振子處于共振狀態(tài)時(shí),振子處于共振狀態(tài)B.驅(qū)動(dòng)力頻率為驅(qū)動(dòng)力頻率為f3時(shí),振子的振動(dòng)頻率為時(shí),振子的振動(dòng)頻率為f3C.假如讓振子自由振動(dòng),它的頻率為假如讓振子自由振動(dòng),它的頻率為f2D.振子做自
11、由振動(dòng)時(shí),頻率可以為振子做自由振動(dòng)時(shí),頻率可以為f1、f2、f3解析解析由題圖可知當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率為由題圖可知當(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,時(shí),振子的振幅最大,即振子發(fā)生共振現(xiàn)象,故故A正確;由共振條件知振子的固有頻率為正確;由共振條件知振子的固有頻率為f2,所以,所以C正確,正確,D錯(cuò)誤;振子做受迫振錯(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,故動(dòng)時(shí),振動(dòng)頻率由驅(qū)動(dòng)力的頻率決定,故B正確。正確。答案答案 ABC圖圖4創(chuàng)新設(shè)計(jì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)課堂自測(cè)課堂導(dǎo)學(xué)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若空氣阻力不可忽略,單擺在偏角很小的擺動(dòng)中,
12、總是減小的物理量為()A.振幅振幅 B. .位移位移C.周期周期 D. .機(jī)械能機(jī)械能答案答案AD創(chuàng)新設(shè)計(jì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)課堂自測(cè)課堂導(dǎo)學(xué)2.如圖如圖5所示是單擺做阻尼振動(dòng)的位移所示是單擺做阻尼振動(dòng)的位移時(shí)間圖線,下列說法中正確的是時(shí)間圖線,下列說法中正確的是()A.擺球在擺球在P與與N時(shí)刻的勢(shì)能相等時(shí)刻的勢(shì)能相等B.擺球在擺球在P與與N時(shí)刻的動(dòng)能相等時(shí)刻的動(dòng)能相等C.擺球在擺球在P與與N時(shí)刻的機(jī)械能相等時(shí)刻的機(jī)械能相等D.擺球在擺球在P時(shí)刻的機(jī)械能大于時(shí)刻的機(jī)械能大于N時(shí)刻的機(jī)械能時(shí)刻的機(jī)械能圖圖5創(chuàng)新設(shè)計(jì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)課堂自測(cè)課堂導(dǎo)學(xué)解析解析由于擺球的勢(shì)能大小由其位移和擺球質(zhì)量共同決定,由于擺球的勢(shì)能大
13、小由其位移和擺球質(zhì)量共同決定,P、N兩時(shí)刻位移大小兩時(shí)刻位移大小相同,所以勢(shì)能相等,相同,所以勢(shì)能相等,A正確;由于系統(tǒng)機(jī)械能在減少,正確;由于系統(tǒng)機(jī)械能在減少,P、N兩時(shí)刻勢(shì)能相同,兩時(shí)刻勢(shì)能相同,則則P時(shí)刻動(dòng)能大于時(shí)刻動(dòng)能大于N時(shí)刻動(dòng)能,所以擺球在時(shí)刻動(dòng)能,所以擺球在P時(shí)刻的機(jī)械能大于時(shí)刻的機(jī)械能大于N時(shí)刻的機(jī)械能,時(shí)刻的機(jī)械能,B、C錯(cuò)誤,錯(cuò)誤,D正確。正確。答案答案AD創(chuàng)新設(shè)計(jì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)課堂自測(cè)課堂導(dǎo)學(xué)3.如圖如圖6所示,把兩個(gè)彈簧振子懸掛在同一支架上,已知甲彈所示,把兩個(gè)彈簧振子懸掛在同一支架上,已知甲彈簧振子的固有頻率為簧振子的固有頻率為8 Hz,乙彈簧振子的固有頻率為,乙彈簧振子的
14、固有頻率為72 Hz,當(dāng)支架在受到豎直方向且頻率為當(dāng)支架在受到豎直方向且頻率為9 Hz的驅(qū)動(dòng)力作用下做受的驅(qū)動(dòng)力作用下做受迫振動(dòng)時(shí),兩個(gè)彈簧振子的振動(dòng)情況是迫振動(dòng)時(shí),兩個(gè)彈簧振子的振動(dòng)情況是()A.甲的振幅較大,且振動(dòng)頻率為甲的振幅較大,且振動(dòng)頻率為8 HzB.甲的振幅較大,且振動(dòng)頻率為甲的振幅較大,且振動(dòng)頻率為9 HzC.乙的振幅較大,且振動(dòng)頻率為乙的振幅較大,且振動(dòng)頻率為9 HzD.乙的振幅較大,且振動(dòng)頻率為乙的振幅較大,且振動(dòng)頻率為72 Hz圖圖6解析解析振子做受迫振動(dòng)時(shí),振動(dòng)頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率,由于甲振子的固有頻率振子做受迫振動(dòng)時(shí),振動(dòng)頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率,由于甲振子的固有頻率與驅(qū)動(dòng)力的頻率相差較小,所以甲的振幅較大,選項(xiàng)與驅(qū)動(dòng)力的頻率相差較小,所以甲的振幅較大,選項(xiàng)B正確,正確,A、C、D錯(cuò)誤。錯(cuò)誤。答案答案B創(chuàng)新設(shè)計(jì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)課堂自測(cè)課堂導(dǎo)學(xué)4.一個(gè)單擺做受迫振動(dòng),其共振曲線一個(gè)單擺做受迫振動(dòng),其共振曲線(振幅振幅A與驅(qū)動(dòng)力的頻率與驅(qū)動(dòng)力的頻率f的關(guān)系的關(guān)系)如圖如圖7所示,則所示,則()圖圖7A.此單擺的固有周期約為此單擺的固有周期約為0.5 sB.此單擺的擺長(zhǎng)約為此單擺的擺長(zhǎng)約為1 mC.若擺長(zhǎng)增大,單擺的固有頻率增大若擺長(zhǎng)增大,單擺的固有頻率增大D.若擺長(zhǎng)增大,共振曲線的峰將向右移動(dòng)若擺長(zhǎng)增大,共振曲線的峰將向右移動(dòng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)課堂自測(cè)課堂導(dǎo)學(xué)答案答案 B
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