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外力作用下的振动课件 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望课前自主学案课前自主学案核心要点突破核心要点突破课堂互动讲练课堂互动讲练课标定位课标定位知能优化训练知能优化训练 第第五五节节外外力力作作用用下下的的振振动动课标定位课标定位学习目标：学习目标：1.了解受迫振动、阻尼振动、固有频率的了解受迫振动、阻尼振动、固有频率的概念概念2知道受迫振动的频率由驱动力的频率决定知道受迫振动的频率由驱动力的频率决定3了解共振概念，知道发生共振的条件了解共振概念，知道发生共振的条件重点难点：重点难点：1.决定受迫振动频率的因素及发生共振的决定受迫振动频率的因素及发生共振的条件条件2受迫振动中振幅随驱动力频率变化的关系受迫振动中振幅随驱动力频率变化的关系课前自主学案课前自主学案一、固有振一、固有振动动和固有和固有频频率率如果振如果振动动系系统统不受不受_的作用，此的作用，此时时的振的振动动叫叫做固有振做固有振动动，此，此时时的振的振动频动频率叫固有率叫固有频频率率二、阻尼振二、阻尼振动动1阻力作用下的振阻力作用下的振动变动变化：当振化：当振动动系系统统受到阻力受到阻力的作用的作用时时，振，振动动受到了受到了_系系统统克服克服_的作用要做功，消耗的作用要做功，消耗_，因而，因而_减减小，最后停下来小，最后停下来外力外力阻尼阻尼阻尼阻尼机械能机械能振幅振幅2阻尼振动：指阻尼振动：指_逐渐减小的振动振逐渐减小的振动振动系统受到的阻尼越大，振幅减小得越动系统受到的阻尼越大，振幅减小得越_3实际振动的理想化：当阻尼很小时，在不太实际振动的理想化：当阻尼很小时，在不太长的时间内看不出振幅明显减小，于是可以把它长的时间内看不出振幅明显减小，于是可以把它当成当成_来处理来处理振幅振幅快快简谐简谐运运动动三、受迫振动三、受迫振动1持续振动的获得持续振动的获得实实际际的的振振动动由由于于阻阻尼尼作作用用最最终终要要停停下下来来，要要维维持持系系统统的的持持续续振振动动，办办法法是是使使_的的外外力力作作用用于于振振动动系系统统，外外力力对对系系统统做做_功功，补补偿偿系系统的统的_2驱动力：作用于振动系统的驱动力：作用于振动系统的_的外的外力力周期性周期性正正能量能量损损耗耗周期性周期性科目一考试 http:/ http:/ 2016年科目二考试技巧、考试内容、考试视频3受迫振动：振动系统在受迫振动：振动系统在_作用下的作用下的振动振动4受迫振动的频率受迫振动的频率做受迫振动的系统振动稳定后，其振动频率等于做受迫振动的系统振动稳定后，其振动频率等于_的频率，与系统的的频率，与系统的_无关无关驱动驱动力力驱动驱动力力固有固有频频率率四、共振四、共振1共振：驱动力的频率共振：驱动力的频率_系统的固有频系统的固有频率时，受迫振动的振幅最大声音的共振现象叫率时，受迫振动的振幅最大声音的共振现象叫做做_2共振的应用与防止：在需要利用共振的时候，共振的应用与防止：在需要利用共振的时候，应使驱动力的频率尽可能接近振动系统的应使驱动力的频率尽可能接近振动系统的_；在防止共振时，驱动力频率与振；在防止共振时，驱动力频率与振动系统的固有频率相差的越动系统的固有频率相差的越_越好越好等于等于共共鸣鸣固有固有频频率率大大核心要点突破核心要点突破一、一、简谐简谐运运动动、阻尼振、阻尼振动动与受迫振与受迫振动动的区的区别别简谐简谐运运动动是一种理想化的模型，物体运是一种理想化的模型，物体运动过动过程中程中的一切阻力都不考的一切阻力都不考虑虑；阻尼振；阻尼振动动却考却考虑虑阻力的影阻力的影响，是更响，是更实际实际的一种运的一种运动动；而受迫振；而受迫振动则动则是物体是物体做阻尼振做阻尼振动时动时受到周期性受到周期性驱动驱动力作用下的振力作用下的振动动三者三者对对比列表如下：比列表如下：振动类型比较项目简谐运动阻尼振动受迫振动产生条件不受阻力作用受阻力作用受阻力和驱动力作用频率固有频率固有频率驱动力频率振幅不变减少大小变化不确定振动类型比较项目简谐运动阻尼振动受迫振动振动图象形状不确定实例弹簧振子振动，单摆做小角度摆动敲锣打鼓发出的声音越来越弱，是因振幅越来越小扬声器纸盆振动发声，钟摆的摆动特特别别提提醒醒：(1)阻阻尼尼振振动动中中振振幅幅虽虽逐逐渐渐减减小小，但但振振动动的的频频率率不不会会变变化化，此此频频率率称称为为固固有有频频率率，由由振动系统决定振动系统决定(2)受迫振动中，若驱动力给系统补充的能量与受迫振动中，若驱动力给系统补充的能量与系统因振动阻尼消耗的能量相等，物体做等幅振系统因振动阻尼消耗的能量相等，物体做等幅振动，但此振动不是简谐运动动，但此振动不是简谐运动即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)1一单摆做阻尼振动，则在振动过程中一单摆做阻尼振动，则在振动过程中()A振幅越来越小，周期也越来越小振幅越来越小，周期也越来越小B振幅越来越小，周期不变振幅越来越小，周期不变C在在振振动动过过程程中中，通通过过某某一一位位置置时时，机机械械能能始始终不变终不变D在振动过程中，机械能不守恒在振动过程中，机械能不守恒解析：解析：选选BD.因单摆做阻尼振动，根据阻尼振动的因单摆做阻尼振动，根据阻尼振动的定义可知，其振幅越来越小而单摆振动过程中定义可知，其振幅越来越小而单摆振动过程中的周期是其固有周期，是由本身条件决定的，是的周期是其固有周期，是由本身条件决定的，是不变的，故不变的，故A项错误，项错误，B项正确；又因单摆在阻尼项正确；又因单摆在阻尼振动过程中，振幅逐渐减小，振动的能量也在减振动过程中，振幅逐渐减小，振动的能量也在减少，即机械能在减少，所以少，即机械能在减少，所以C项错，项错，D项对项对二、对共振的理解1对共振条件的理解因为周期性的驱动力跟振动“合拍”时，每个周期内驱动力做的功都是正功，都用来增大振动系统的能量，所以振幅越来越大，直到驱动力做功供给振动系统的能量等于克服摩擦阻力消耗的能量，振幅才不再增大，即达到最大振幅当驱动力不跟振动“合拍”时，驱动力做的功有一部分是负功，因而振动系统从驱动力得到的能量比“合拍”时少，振幅也就比“合拍”时小2对共振曲线的认识(1)理解两轴意义：纵轴：受迫振动的振幅，如图1151所示横轴：驱动力的频率(2)f的意义：固有频率(3)认识曲线形状，ff，共振；ff或ff，振幅较小；相差越大，振幅越小图图1151即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)2.(2011年年南南京京高高二二检检测测)如如图图1152表表示示一一弹弹簧簧振振子子做做受受迫迫振振动动时时的的振振幅幅与与驱驱动动力力频频率率的的关关系系，由图可知由图可知()图图1152A驱动力频率为f2时，振子处于共振状态B驱动力频率为f3时，振子振动频率为f3C假如让振子自由振动，它的频率为f2D振子做自由振动时，频率可以为f1、f2、f3答案：ABC课堂互动讲练课堂互动讲练类类型一型一对阻尼振动的认识对阻尼振动的认识如如图图1153所示是一个所示是一个弹弹簧振子做阻尼振簧振子做阻尼振动动的振的振动图动图象，曲象，曲线线上上A、B两点的两点的连线连线与横与横轴轴平平行，下列行，下列说说法正确的是法正确的是()例例例例1 1图图1153A振子在A时刻的动能等于B时刻的动能 B振子在A时刻的势能等于B时刻的势能C振子在A时刻的机械能等于B时刻的机械能D振子在A时刻的机械能大于B时刻的机械能 【精讲精析】由于弹簧振子做阻尼振动，所以A时刻的机械能大于B时刻的机械能，选项C错，D对；由于弹簧的弹性势能与弹簧的形变量(即位移)有关，所以选项B对；振子在A时刻的动能大于B时刻的动能，选项A错【答案】BD【题后反思】只有正确理解阻尼振动，才能解答本题做阻尼振动的物体，由于克服阻力做功，所以机械能会逐渐减少，但在机械能减少的过程中，动能和势能还会交替变化变式训练1单摆在空气中做阻尼振动，下列说法中正确的是()A位移逐渐减小B速度逐渐减小C动能逐渐减小D振动的能量逐渐转化为其他形式的能答案：D例例例例2 2一砝一砝码码和一和一轻弹轻弹簧构成簧构成弹弹簧振子，簧振子，图图1154甲所示的装置可用于研究甲所示的装置可用于研究该弹该弹簧振子的受迫振簧振子的受迫振动动匀速匀速转动转动把手把手时时，曲杆，曲杆给弹给弹簧振子以簧振子以驱动驱动力，力，使振子做受迫振使振子做受迫振动动把手匀速把手匀速转动转动的周期就是的周期就是驱动驱动力的周期，改力的周期，改变变把手匀速把手匀速转动转动的速度就可以改的速度就可以改变驱变驱动动力的周期若保持把手不力的周期若保持把手不动动，给给砝砝码码一向下的初一向下的初速度，砝速度，砝码码便做便做简谐简谐运运动动，振，振动图线动图线如如图图类类型二型二对受迫振动的认识对受迫振动的认识乙所示当把手以某一速度匀速转动，受迫振动乙所示当把手以某一速度匀速转动，受迫振动达到稳定时，砝码的振动图线如图丙所示若用达到稳定时，砝码的振动图线如图丙所示若用T0表示弹簧振子的固有周期，表示弹簧振子的固有周期，T表示驱动力的周期，表示驱动力的周期，Y表示受迫振动达到稳定后砝码振动的振幅，则表示受迫振动达到稳定后砝码振动的振幅，则()图图1154A由图线可知由图线可知T04 sB由图线可知由图线可知T08 sC当当T在在4 s附附近近时时，Y显显著著增增大大；当当T比比4 s小小得得多或大得多时，多或大得多时，Y很小很小D当当T在在8 s附近时，附近时，Y显著增大；当显著增大；当T比比8 s小得小得多或大得多时，多或大得多时，Y很小很小【精讲精析】图乙是弹簧振子未加驱动力时的周期，故由题图乙图线读出的周期为其振动的固有周期，即T04 s图丙是弹簧振子在驱动力作用下的振动图线，做受迫振动的物体，其振动的周期等于驱动力的周期，即T8 s当受迫振动的周期与驱动力的周期相同时，其振幅最大；周期差别越大，其振动振幅越小由以上分析可知，正确选项为A、C.【答案】AC【方法总结】【方法总结】受迫振动的周期和频率总等于驱受迫振动的周期和频率总等于驱动力的周期和频率，但驱动力的频率越接近物体动力的周期和频率，但驱动力的频率越接近物体的固有频率，振动的振幅越大，相等时振幅最大的固有频率，振动的振幅越大，相等时振幅最大在处理实际问题时要分清振动的类别，注意区在处理实际问题时要分清振动的类别，注意区分固有频率、受迫振动的频率和驱动力的频率分固有频率、受迫振动的频率和驱动力的频率变变式式训训练练2(2011年年江江苏苏泰泰州州联联考考)如如图图1155所所示示为为受受迫迫振振动动的的演演示示装装置置，当当单单摆摆A振振动动起起来来后后，通通过过水水平平悬悬绳绳迫迫使使单单摆摆B、C振振动动，则则下下列列说说法正确的是法正确的是()A只有只有A、C摆振动周期相等摆振动周期相等BA摆的振幅比摆的振幅比B摆小摆小CC摆的振幅比摆的振幅比B摆大摆大DA、B、C三摆的振动周期相等三摆的振动周期相等图图1155解析：解析：选选CD.当单摆当单摆A振动起来后，单摆振动起来后，单摆B、C做做受迫振动，做受迫振动的物体的周期受迫振动，做受迫振动的物体的周期(或频率或频率)等等于驱动力的周期于驱动力的周期(或频率或频率)，选项，选项A错误而错误而D正确；正确；当物体的固有频率等于驱动力的频率时，发生共当物体的固有频率等于驱动力的频率时，发生共振现象，选项振现象，选项C正确而正确而B错误错误 把一个筛子用四根弹簧支起来，筛子上安一把一个筛子用四根弹簧支起来，筛子上安一个电动偏心轮，它每转一周，给筛子一个驱动力，个电动偏心轮，它每转一周，给筛子一个驱动力，这样就做成了一个共振筛，如图这样就做成了一个共振筛，如图1156所示所示筛子做自由振动时，完成筛子做自由振动时，完成10次全振动用时次全振动用时15 s，在某电压下，电动偏心轮转速是在某电压下，电动偏心轮转速是36 r/min.已知增已知增大电压可使偏心轮转速提高；增加筛子质量，可以大电压可使偏心轮转速提高；增加筛子质量，可以增大筛子的固有周期，那么要使筛子的振幅增大，增大筛子的固有周期，那么要使筛子的振幅增大，下列做法正确的是下列做法正确的是()类类型三型三共振的防止和应用共振的防止和应用例例例例3 3A提高输入电压B降低输入电压C增加筛子质量 D减小筛子质量【思路点拨】共振筛的工作原理是利用共振现象，当电动偏心轮的转动周期跟筛子的固有周期相等时，就会发生共振图图1156【答案】AC【方法总结】当f驱f 固时，振幅最大若增大受迫振动的振幅，可采取两种方法使之发生共振：(1)改变驱动力频率；(2)改变固有频率变式训练3部队经过桥梁时，规定不许齐步走，登山运动员登高山时，不许高声叫喊，主要原因是()A减轻对桥的压力，避免产生回声B减少对桥、雪山的冲击力C避免使桥发生共振和使雪山发生共振D使桥受到的压力更不均匀，使登山运动员耗散能量减少答案：C