物理选修册资料.pptx

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1、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4节节第1页/共44页课标定位课标定位学习目标：学习目标：1.知道什么是阻尼振动，了解阻尼振动知道什么是阻尼振动，了解阻尼振动的图象的图象2知道什么是受迫振动，知道受迫振动的周期取知道什么是受迫振动，知道受迫振动的周期取决于驱力的周期决于驱力的周期3知道什么是共振，理解共振产生的条件，了解知道什么是共振，理解共振产生的条件，了解共振的利用和防止共振的利用和防止重点难点：重点难点：1.决定受迫振动的因素；发生共振的条决定受迫振动的因素；发生共振的条件件2受迫振动中振幅随驱动力的变

2、化关系受迫振动中振幅随驱动力的变化关系第2页/共44页课前自主学案课前自主学案一、阻尼振动一、阻尼振动1阻尼振动：指振幅不断阻尼振动：指振幅不断_的振动的振动2阻阻尼尼振振动动产产生生的的原原因因：振振动动系系统统克克服服摩摩擦擦力力和和其其他他阻阻力力做做功功，系系统统的的机机械械能能不不断断减减小小，振振幅幅也也不不断断_，而而且且振振动动系系统统受受到到的的阻阻尼尼越越大大，振幅减小的振幅减小的_减小减小减小减小越快越快第3页/共44页3阻阻尼尼振振动动的的振振动动图图象象：如如图图141所所示示，阻阻尼尼振动的振幅振动的振幅_最后停止运动最后停止运动4实实际际振振动动的的理理想想化化：

3、当当阻阻尼尼很很小小时时，在在不不太太长长的的时时间间内内看看不不出出振振幅幅明明显显减减小小，于于是是可可以以把把它它当当做做_来处理来处理图图141不断减小不断减小简谐运动简谐运动第4页/共44页二、受迫振动与共振二、受迫振动与共振1驱动力：给振动物体施加的一个驱动力：给振动物体施加的一个_的外力的外力2受迫振动：在受迫振动：在_外力作用下的振动外力作用下的振动3受迫振动的周期或频率受迫振动的周期或频率物物体体做做受受迫迫振振动动时时，振振动动稳稳定定后后的的周周期期或或频频率率总总等等于于_的的周周期期或或频频率率，与与物物体体的的固固有有周周期期或或固固有有频频率无关率无关4共共振振：

4、物物体体做做受受迫迫振振动动，当当驱驱动动力力的的频频率率_物物体体的的固固有有频频率率时时，物物体体振振动动的的振振幅幅_的的现现象象，叫共振叫共振周期性周期性周期性周期性驱动力驱动力等于等于最大最大第5页/共44页三、共振的应用与防止三、共振的应用与防止1共振的应用共振的应用在在应应用用共共振振时时，应应使使_接接近近或或等等于于振振动系统的动系统的_，振动将更剧烈，振动将更剧烈(1)如如在在修修建建桥桥梁梁时时，需需要要将将管管柱柱打打入入江江底底工工人人常常使使打打桩桩机机打打击击管管柱柱的的频频率率接接近近管管柱柱的的固固有有频频率率，让让管管柱柱接接近近共共振振状状态态而而激激烈烈

5、振振动动，加加快快周周围围泥泥沙沙的的松松动，提高打桩的质量动，提高打桩的质量(2)音叉共鸣箱音叉共鸣箱(3)核磁共振仪核磁共振仪驱动力频率驱动力频率固有频率固有频率第6页/共44页2共振的预防共振的预防在在防防止止共共振振时时，驱驱动动力力频频率率与与系系统统的的_相相差差越越大大越越好好如如火火车车过过桥桥时时减减速速；轮轮船船航航行行时时,常常通通过过改改变变轮轮船船的的航航向向和和速速率率，使使海海浪浪冲冲击击力力的的频频率率与与轮轮船船的的固固有有频频率率相相差差很很大大，防防止止船船发发生生共共振现象振现象固有频率固有频率第7页/共44页思考感悟思考感悟用用扁扁担担挑挑水水时时，有

6、有时时桶桶里里的的水水会会荡荡的的厉厉害害，甚甚至至从从桶桶中中溅溅出出来来，这这是是为为什什么么？如如何何避避免免这这一一现现象象的的发发生？生？提示：提示：挑水时，由于行走时肩膀的起伏，人通过扁挑水时，由于行走时肩膀的起伏，人通过扁担对水桶的作用，使水受到驱动力而做受迫振动，担对水桶的作用，使水受到驱动力而做受迫振动，当驱动力的频率接近当驱动力的频率接近(或等于或等于)桶里水的固有频率时桶里水的固有频率时,水桶里的水就发生共振，所以水会荡的厉害，以至水桶里的水就发生共振，所以水会荡的厉害，以至第8页/共44页于飞溅出来为了避免发生这种现象，就要使于飞溅出来为了避免发生这种现象，就要使驱动力

7、的频率尽量远离桶里水的固有频率，解驱动力的频率尽量远离桶里水的固有频率，解决的办法有改变行走的步频或停止走动片刻，决的办法有改变行走的步频或停止走动片刻，也可以在桶里放些漂浮物，增大阻尼，使振动也可以在桶里放些漂浮物，增大阻尼，使振动系统克服阻力做功，消耗部分机械能，以减小系统克服阻力做功，消耗部分机械能，以减小水的振幅水的振幅第9页/共44页核心要点突破核心要点突破一、阻尼振动和无阻尼振动的比较一、阻尼振动和无阻尼振动的比较基础知识点基础知识点要点对比要点对比阻尼振动阻尼振动无阻尼振动无阻尼振动振动能量振动能量振动能量有损失振动能量有损失振动能量保持不变振动能量保持不变振幅振幅如果没有能量补

8、充，如果没有能量补充，振幅越来越小振幅越来越小振幅不变振幅不变第10页/共44页基础知识点基础知识点要点对比要点对比阻尼振动阻尼振动无阻尼振动无阻尼振动振动图象振动图象实例实例悬挂的电灯被风吹动悬挂的电灯被风吹动后开始振动，振幅越后开始振动，振幅越来越小来越小,属于阻尼振动属于阻尼振动弹簧振子的振动弹簧振子的振动第11页/共44页特特别别提提醒醒：物物体体做做阻阻尼尼振振动动时时，振振幅幅虽虽不不断断减减小小，但但振振动动的的频频率率仍仍由由自自身身结结构构特特点点所所决决定定，并并不不会会随随振幅的减小而变化振幅的减小而变化第12页/共44页即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试

9、牛刀)1一一单单摆摆在在空空气气中中振振动动，振振幅幅逐逐渐渐减减小小下下列列说说法正确的是法正确的是()A机械能逐渐转化为其他形式的能机械能逐渐转化为其他形式的能B后一时刻的动能一定小于前一时刻的动能后一时刻的动能一定小于前一时刻的动能C后一时刻的势能一定小于前一时刻的势能后一时刻的势能一定小于前一时刻的势能D振动的周期越来越长振动的周期越来越长第13页/共44页解解析析：选选A.单单摆摆振振动动过过程程中中，因因不不断断克克服服空空气气阻阻力力做功，使机械能逐渐转变化为内能，选项做功，使机械能逐渐转变化为内能，选项A对；对；虽虽然然单单摆摆总总的的机机械械能能在在逐逐渐渐减减小小，但但在在

10、振振动动过过程程中中动动能能和和势势能能仍仍不不断断地地相相互互转转化化,动动能能转转化化为为势势能能时时,动动能能逐逐渐渐减减小小，势势能能逐逐渐渐增增大大，而而势势能能转转化化为为动动能能时时，势势能能逐逐渐渐减减小小，动动能能逐逐渐渐增增大大，所所以以不不能能断断言言后后一一时时刻刻的的动动能能(或或势势能能)一一定定小小于于前前一一时时刻刻的的动动能能(或或势势能能)，故故选选项项B、C不不对对振振动动的的周周期期，频频率率不不会改变，故选项会改变，故选项D不对不对第14页/共44页二、受迫振动二、受迫振动1受迫振动与固有振动的定义受迫振动与固有振动的定义(1)固有振动：振动系统只受回

11、复力作用，不受系统固有振动：振动系统只受回复力作用，不受系统外界作用力的振动叫固有振动它的周期和频率称外界作用力的振动叫固有振动它的周期和频率称为固有周期和固有频率，其大小由振动系统本身的为固有周期和固有频率，其大小由振动系统本身的性质决定性质决定(2)受迫振动：振动系统在驱动力作用下的振动叫受受迫振动：振动系统在驱动力作用下的振动叫受迫振动迫振动第15页/共44页第16页/共44页即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)2如如图图142所所示示，一一个个竖竖直直圆圆盘盘上上转转动动时时，固固定定在在圆圆盘盘上上的的小小圆圆柱柱带带动动一一个个T型型支支架架在在竖竖直直方方向向

12、振振动动，T型型支支架架的的下下面面系系着着一一个个由由弹弹簧簧和和小小球球组组成成的的振振动动系系统统，小小球球浸浸没没在在水水中中当当圆圆盘盘静静止止时时，让让小小球球在在水水中中振振动动，其其阻阻尼尼振振动动的的频频率率约约为为3 Hz.现现使使圆圆盘盘以以4 s的的周周期期匀匀速速转转动动，经经过过一一段段时时间间后后，小小球球振动达到稳定，它振动的频率是多少？振动达到稳定，它振动的频率是多少？第17页/共44页小球做受迫振动小球做受迫振动图图142第18页/共44页答案：答案：0.25 Hz第19页/共44页三、共振三、共振1对共振现象的理解对共振现象的理解(1)共共振振是是受受迫迫

13、振振动动的的一一个个特特例例它它产产生生的的条条件件是是：驱动力的频率等于物体的固有频率驱动力的频率等于物体的固有频率(2)共振的特点是振幅最大共振的特点是振幅最大图图143第20页/共44页(3)共振曲线：如图共振曲线：如图143所示，以驱动力频率所示，以驱动力频率为横坐标，以受迫振动的振幅为纵坐标它直观为横坐标，以受迫振动的振幅为纵坐标它直观地反映了驱动力频率对受迫振动振幅的影响，由地反映了驱动力频率对受迫振动振幅的影响，由图可知，图可知，f驱驱与与f固固相差越大，振幅相差越大，振幅A越小；当越小；当f驱驱f固固时，振幅时，振幅A最大最大第21页/共44页2自由振动、受迫振动和共振的关系自

14、由振动、受迫振动和共振的关系比较比较项目项目振动振动类型类型自由振动自由振动受迫振动受迫振动共振共振受力情况受力情况 仅受回复力仅受回复力周期性驱周期性驱动力作用动力作用周期性驱周期性驱动力作用动力作用振动周期振动周期或频率或频率由系统本身由系统本身性质决定，性质决定，即固有周期即固有周期或固有频率或固有频率由驱动力的周由驱动力的周期或频率决定，期或频率决定，即即TT驱驱或或ff驱驱T驱驱T固固或或f驱驱f固固第22页/共44页比较比较项目项目振动振动类型类型自由振动自由振动受迫振动受迫振动共振共振振动能量振动能量振动物体的机振动物体的机械能不变械能不变由产生驱动由产生驱动力的物体提力的物体提

15、供供振动物体获振动物体获得的能量最得的能量最大大常见例子常见例子弹簧振子或单弹簧振子或单摆摆(5)机械工作时机械工作时底座发生的底座发生的振动振动共振筛、声共振筛、声音的共鸣等音的共鸣等第23页/共44页即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)3如如图图144所所示示，A球球振振动动后后，通通过过水水平平细细绳绳迫使迫使B、C振动，下面说法中正确的是振动，下面说法中正确的是()A只有只有A、C振动的周期相等振动的周期相等BA的振幅比的振幅比B的振幅小的振幅小CC的振幅比的振幅比B的振幅小的振幅小DA、B、C的振动的周期相等的振动的周期相等 图图144第24页/共44页第25页/

16、共44页课堂互动讲练课堂互动讲练类型一类型一阻尼振动及其应用阻尼振动及其应用 若若空空气气阻阻力力不不可可忽忽略略，单单摆摆在在小小于于10偏偏角角的的摆动中，总是减小的物理量为摆动中，总是减小的物理量为()A振幅振幅B位移位移C周期周期 D动能动能例例例例1 1第26页/共44页【答案答案】A第27页/共44页【方方法法总总结结】振振幅幅的的大大小小表表征征一一个个振振动动系系统统总总机机械械能能的的大大小小，当当振振动动过过程程有有介介质质阻阻力力做做功功时时，机机械械能能减减少少，转转化化为为内内能能，故故振振幅幅减减小小阻阻尼尼振振动动的的过过程程中中动动能能或或势势能能在在一一段段时

17、时间间内内可可以是增大的以是增大的第28页/共44页变式训练变式训练1如图如图145所示是单摆做阻尼振动的所示是单摆做阻尼振动的振动图象，下列说法正确的是振动图象，下列说法正确的是()A摆球在摆球在A时刻的动能等于在时刻的动能等于在B时刻的动能时刻的动能B摆球在摆球在A时刻的势能大于在时刻的势能大于在B时刻的势能时刻的势能C摆球在摆球在A时刻的机械能等于在时刻的机械能等于在B时刻的机械能时刻的机械能D摆球在摆球在A时刻的机械能大于在时刻的机械能大于在B时刻的机械能时刻的机械能图图145第29页/共44页解解析析：选选D.由由于于振振幅幅逐逐渐渐减减小小，故故摆摆球球的的机机械械能能逐逐渐渐减减

18、小小，选选项项C错错，D对对；由由于于A、B两两时时刻刻摆摆球球的的位位移移相相同同，故故在在这这两两个个时时刻刻摆摆球球相相对对于于零零势势能能点点的的高高度度相相同同，摆摆球球质质量量不不变变，势势能能相相同同，B错错；又又由由于于A时时刻刻的的机机械械能能大大于于B时时刻刻的的机机械械能能，而而A、B两两时时刻刻的的势势能能相相同同，故故A时时刻的动能大于刻的动能大于B时刻的动能，时刻的动能，A错错第30页/共44页 (2011年年台台州州市市高高二二期期末末)如如图图146所所示示，曲曲轴轴上上挂挂一一个个弹弹簧簧振振子子，转转动动摇摇把把曲曲轴轴可可带带动动弹弹簧簧振振子子上上下下振

19、振动动开开始始时时不不转转动动摇摇把把，让让振振子子自自由由振振动动，测测得得其其频频率率为为2 Hz.现现匀匀速速转转动动摇摇把把，转转速速为为240 r/min.则则()图图146例例例例2 2类型二类型二对受迫振动的理解对受迫振动的理解第31页/共44页A当振子稳定振动时，它的振动周期是当振子稳定振动时，它的振动周期是0.5 sB当振子稳定振动时，它的振动周期是当振子稳定振动时，它的振动周期是0.25 sC当转速为当转速为240 r/min时，弹簧振子的振幅最时，弹簧振子的振幅最大大D转速最大，弹簧振子的振幅就越大转速最大，弹簧振子的振幅就越大第32页/共44页【答案】【答案】B第33页

20、/共44页【方方法法总总结结】匀匀速速转转动动摇摇把把，振振子子将将做做受受迫迫振振动动，驱驱动动力力的的周周期期跟跟摇摇把把转转动动的的周周期期是是相相同同的的，振振子子做做受受迫迫振振动动的的周周期期又又等等于于驱驱动动力力的的周周期期，其其频频率率也也等等于于驱驱动动力力的的频频率率，与与原原自自由由上上下振动频率无关下振动频率无关第34页/共44页变变式式训训练练2如如图图147所所示示的的装装置置，在在曲曲轴轴上上悬悬挂挂一一个个弹弹簧簧振振子子，若若不不转转动动把把手手，让让其其上上下下振振动动，周周期期为为T1，现现使使把把手手以以周周期期T2匀匀速速转转动动(T2T1)，当其运

21、行达到稳定后，当其运行达到稳定后()图图147第35页/共44页A弹簧振子的振动周期为弹簧振子的振动周期为T1B弹簧振子的振动周期为弹簧振子的振动周期为T2C让把手的转速减小，则弹簧振子的振幅增大让把手的转速减小，则弹簧振子的振幅增大D让把手的转速增大，则弹簧振子的振幅增大让把手的转速增大，则弹簧振子的振幅增大解解析析：选选B.受受迫迫振振动动周周期期等等于于驱驱动动力力的的周周期期，故故B对对；让让把把手手转转速速增增大大，则则驱驱动动力力的的周周期期T2减减小小，弹弹簧振子的振幅先增大后减小，故簧振子的振幅先增大后减小，故C、D均错均错第36页/共44页 一砝码和一轻弹簧构成弹簧振一砝码和

22、一轻弹簧构成弹簧振子，如图子，如图148所示的装置可用于研所示的装置可用于研究该弹簧振子的受迫振动匀速转动究该弹簧振子的受迫振动匀速转动把手时，曲杆给弹簧振子以驱动力，把手时，曲杆给弹簧振子以驱动力，使振子做受迫振动把手匀速转动的使振子做受迫振动把手匀速转动的 图图148周周期期就就是是驱驱动动力力的的周周期期，改改变变把把手手匀匀速速转转动动的的速速度度就可以改变驱动力的周期若保持把手不动，给砝就可以改变驱动力的周期若保持把手不动，给砝例例例例3 3类型三类型三对共振的理解及应用对共振的理解及应用第37页/共44页码一向下的初速度，砝码便做简谐运动，振动图码一向下的初速度，砝码便做简谐运动，

23、振动图线如图线如图149甲所示当把手以某一速度匀速转甲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动，受迫振动达到稳定时，砝码的振动图线如图乙所示乙所示若用若用T0表示弹簧振子的固有周期，表示弹簧振子的固有周期，T表示驱动力的表示驱动力的周期，周期，Y表示受迫振动达到稳定后砝码振动的振幅表示受迫振动达到稳定后砝码振动的振幅,则则()图图149第38页/共44页A由图线可知由图线可知T02 sB由图线可知由图线可知T08 sC当当T在在4 s附近时，附近时，Y显著增大；当显著增大；当T比比4 s小小得多或大得多时，得多或大得多时，Y很小很小D当当T在在8 s附近时，附近时

24、，Y显著增大；当显著增大；当T比比8 s小小得多或大得多时，得多或大得多时，Y很小很小第39页/共44页【精精讲讲精精析析】图图甲甲是是描描述述弹弹簧簧振振子子在在不不受受驱驱动动力力时时振振动动情情况况的的图图象象，此此时时的的振振动动周周期期是是该该弹弹簧簧振振子子的的固固有有周周期期，从从图图甲甲中中可可直直接接读读出出固固有有周周期期为为4 s，A错错，B错错；当当驱驱动动力力的的频频率率与与固固有有频频率率相相近近时时，发发生生共共振振，振振幅幅显显著著增增大大，所所以以当当曲曲杆杆的的转转动动周周期期与与弹弹簧簧振振子子的的固固有有周周期期4 s接接近近的的时时候候，振幅振幅Y显著

25、增大，其他情况下显著增大，其他情况下Y很小，很小，C对，对，D错错【答案答案】C第40页/共44页【方方法法总总结结】(1)对对于于共共振振问问题题，首首先先要要明明确确共共振振的的条条件件，f驱驱f固固，其其次次要要结结合合振振动动图图象象找找到到f驱驱和和f固固，才才能能顺顺利利解解决决(2)本本题题符符号号较较多多，读题时要明确各符号的物理意义读题时要明确各符号的物理意义第41页/共44页变变式式训训练练3铁铁道道上上每每根根钢钢轨轨长长12.5 m，若若支支持持车车厢厢的的弹弹簧簧和和车车厢厢组组成成的的系系统统周周期期为为0.6 s，那那么么当当列列车车以以_速速度度行行驶驶时时，车车厢厢振振动的最厉害动的最厉害第42页/共44页答案：答案：21 m/s第43页/共44页感谢观看！感谢观看！第44页/共44页