新教材高中物理第二章机械振动6受迫振动共振课件新人教版选择性必修第一册.pptx
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1、6受迫振动共振第二章机械振动学习目标学习目标学法指导学法指导1知道阻尼振知道阻尼振动动和阻尼振和阻尼振动过动过程中程中能量的能量的转转化情况化情况2知道什么是受迫振知道什么是受迫振动动及及产产生条件,生条件,掌握物体做受迫振掌握物体做受迫振动动的特点的特点3知道共振知道共振现现象,掌握象,掌握产产生共振的生共振的条件,知道常条件,知道常见见的共振的的共振的应应用和危害用和危害1通通过过受迫振受迫振动动的的实验实验,培养学生,培养学生科学探究的科学探究的兴兴趣趣2通通过过探究探究实验实验培养合作精神和培养合作精神和积积极参与的意极参与的意识识3通通过观过观察和察和查阅资查阅资料,理解受迫料,理解
2、受迫振振动动与共振的关系,并与共振的关系,并应应用在生用在生产产、生活中生活中知识导图知识导图预习导学|新知领悟1固有振动固有振动如如果果振振动动系系统统在在没没有有_干干预预的的情情况况下下做做简简谐谐运运动动,周周期期或或频频率率与与振振幅幅无无关关,仅仅由由系系统统自自身身的的性性质质决决定定,我我们们把把这这种种振振动动称称为为固固有有振振动,其振动频率称为动,其振动频率称为_固有振动、阻尼振动固有振动、阻尼振动外力外力固有频率固有频率2阻尼振动阻尼振动(1)阻力作用下的振动阻力作用下的振动当当振振动动系系统统受受到到阻阻力力的的作作用用时时,振振动动受受到到了了_,系系统统克克服服_
3、的的作作用用要要做做功功,消消耗耗机机械械能能,因因而而_减减小小,最最后后停停下下来来(2)阻尼振动阻尼振动振幅逐渐减小的振动振动系统受到的振幅逐渐减小的振动振动系统受到的_越越大,大,_减小得越快,阻尼振动的图像如减小得越快,阻尼振动的图像如图图所所示,振幅越来越小,最后停止振动示,振幅越来越小,最后停止振动阻尼阻尼阻尼阻尼振幅振幅阻尼阻尼振幅振幅1阻尼振阻尼振动的振幅在减小的的振幅在减小的过程中,程中,频率是否随着减小?率是否随着减小?【答案】【答案】阻尼振动的振动频率保持不变阻尼振动的振动频率保持不变2若物体所做的振若物体所做的振动是等幅振是等幅振动,此物体一定是无阻尼振,此物体一定是
4、无阻尼振动吗?【答案】【答案】不一定区分阻尼与无阻尼的条件是分析振子受不受阻力,不一定区分阻尼与无阻尼的条件是分析振子受不受阻力,而不是看振幅,若受阻力作用同时还有外力给系统做功补充能量,也可而不是看振幅,若受阻力作用同时还有外力给系统做功补充能量,也可保证物体做等幅振动保证物体做等幅振动(多多选)单摆在振动过程中,摆动幅度越来越小,这是单摆在振动过程中,摆动幅度越来越小,这是因为因为()A单摆做的是阻尼振动单摆做的是阻尼振动B能量正在逐渐消灭能量正在逐渐消灭C动能正在转化为势能动能正在转化为势能D机械能不守恒机械能不守恒【答案】【答案】AD【解解析析】能能量量不不能能被被消消灭,只只能能发生
5、生转化化或或转移移,故故B错误;单摆在在运运动中中由由于于受受到到空空气气阻阻力力,要要克克服服空空气气阻阻力力做做功功,机机械械能能逐逐渐减减小小,转化化为内内能能,由由能能量量守守恒恒定定律律可可知知,总能能量量是是守守恒恒的的,故故C错误,A、D正确正确1受迫振动受迫振动(1)驱动力:作用于振动系统的驱动力:作用于振动系统的_的外力的外力(2)受迫振动:振动系统在受迫振动:振动系统在_作用下的振动作用下的振动(3)受受迫迫振振动动的的频频率率:物物体体做做受受迫迫振振动动达达到到稳稳定定后后,物物体体振振动动的的频频率率等于等于_的频率,与物体的的频率,与物体的_无关无关受迫振动、共振受
6、迫振动、共振周期性周期性驱动力驱动力驱动力驱动力固有频率固有频率2共振共振(1)定定义义:驱驱动动力力的的频频率率等等于于振振动动物物体体的的固固有有频频率率时时,物物体体做做受受迫迫振振动的动的_的现象的现象(2)条件:驱动力频率条件:驱动力频率_系统的固有频率系统的固有频率(3)特征:共振时受迫振动的特征:共振时受迫振动的_最大最大(4)共共振振曲曲线线:如如图图所所示示表表示示受受迫迫振振动动的的_与与_的的关关系图像,图中系图像,图中f0为振动物体的固有频率为振动物体的固有频率振幅达到最大值振幅达到最大值等于等于振幅振幅振幅振幅A 1洗洗衣衣机机启启动和和停停止止时,随随着着电机机转速
7、速的的变化化,有有时洗洗衣衣机机会会振振动得很得很厉害,害,这是什么原因?是什么原因?【答答案案】当当洗洗衣衣机机电电机机转转动动的的频频率率等等于于洗洗衣衣机机的的固固有有频频率率时时,发发生生了共振现象,这时洗衣机振动得很厉害了共振现象,这时洗衣机振动得很厉害2要防止共振,需要采取什么措施?要防止共振,需要采取什么措施?【答案】【答案】尽量使驱动力的频率与固有频率间的差距增大尽量使驱动力的频率与固有频率间的差距增大(多多选)下列振动,不属于受迫振动的是下列振动,不属于受迫振动的是()A用重锤敲击一下悬吊着的钟后,钟的振动用重锤敲击一下悬吊着的钟后,钟的振动B打点计时器接通电源后,振针的振动
8、打点计时器接通电源后,振针的振动C小孩睡在自由摆动的吊床上,小孩随着吊床一起摆动小孩睡在自由摆动的吊床上,小孩随着吊床一起摆动D弹簧振子在竖直方向上沿上下方向振动弹簧振子在竖直方向上沿上下方向振动【答案】【答案】ACD【解解析析】受受迫迫振振动是是指指在在周周期期性性驱动力力作作用用下下的的振振动,故故A、C、D都是自由振都是自由振动,B是受迫振是受迫振动多维课堂|素养初培生生活活中中会会见到到阵风吹吹过树枝枝,使使树枝枝左左右右摇摆,一一会会儿儿树枝枝就就会会停停下来,而下来,而荡秋千的小朋友在一旁大人的不断推秋千的小朋友在一旁大人的不断推动下不停地下不停地摆动对简谐运动与阻尼、受迫振动的理
9、解对简谐运动与阻尼、受迫振动的理解问题问题(1)树枝的运动是什么运动?树枝的运动是什么运动?(2)秋千的摆动是什么运动?秋千的摆动是什么运动?【答案】【答案】(1)阻尼振动;阻尼振动;(2)受迫振动受迫振动1认识三种振动认识三种振动(1)简简谐谐运运动动是是一一种种理理想想化化的的模模型型,物物体体运运动动过过程程中中的的一一切切阻阻力力都都不不考虑考虑(2)阻尼振动考虑阻力的影响,是更实际的一种运动阻尼振动考虑阻力的影响,是更实际的一种运动(3)受迫振动是物体做阻尼振动时受到周期性驱动力作用下的振动受迫振动是物体做阻尼振动时受到周期性驱动力作用下的振动探究总结探究总结2简谐运动、阻尼振动与受
10、迫振动的比较简谐运动、阻尼振动与受迫振动的比较振振动类动类型型简谐简谐运运动动阻尼振阻尼振动动受迫振受迫振动动产产生条件生条件不受阻不受阻力作用力作用受阻力受阻力作用作用受阻力和受阻力和驱动驱动力作用力作用频频率率固有固有频频率率固有固有频频率率驱动驱动力力频频率率振幅振幅不不变变减小减小大小大小变变化不确定化不确定特特别别提提醒醒:(1)阻阻尼尼振振动的的频率率阻阻尼尼振振动中中振振幅幅虽逐逐渐减减小小,但但振振动频率不会率不会变化,此化,此频率称率称为固有固有频率,由振率,由振动系系统决定决定(2)阻阻尼尼振振动与与简谐运运动的的关关系系实际的的振振动都都会会受受到到阻阻力力的的作作用用,
11、属于阻尼振属于阻尼振动当阻力很小当阻力很小时,可,可认为是是简谐运运动素素养养点点评:本本探探究究通通过对简谐运运动、阻阻尼尼振振动与与受受迫迫振振动的的理理解解,培养培养“物理物理观念念”素养素养对阻尼振阻尼振动的理解的理解精练精练1如图所示是单摆做阻尼振动的振动图像如图所示是单摆做阻尼振动的振动图像则则摆摆球球a时时刻刻的的动动能能_b时时刻刻的的动动能能,摆摆球球a时时刻刻的的势势能能_b时刻的势能时刻的势能【答案】【答案】大于等于大于等于【解解析析】该题考考查阻阻尼尼振振动的的图像像以以及及能能量量的的转化化关关系系在在单摆振振动过程程中中,因因不不断断克克服服空空气气阻阻力力做做功功
12、使使机机械械能能逐逐渐转化化为内内能能;虽然然单摆总的的机机械械能能在在逐逐渐减减小小,但但在在振振动过程程中中动能能和和势能能仍仍不不断断地地相相互互转化化由由于于a、b两两时刻刻,单摆的的位位移移相相等等,所所以以势能能相相等等,但但动能能不不相相等等变式变式1(多多选)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通过某一位置时,机械能减小通过某一位置时,机械能减小D机械能不守恒,周期不变机械能不守恒,周期不变【答案】【答案】BCD【解解析析】单摆做做阻阻尼尼振
13、振动时,振振幅幅会会减减小小,机机械械能能减减小小,振振动周周期期不不变,故,故B、C、D正确,正确,A错误秋千秋千问题精精练练2(2021届届上上海海期期末末)自自由由摆摆动动的的秋秋千千,摆摆动动的的幅幅度度越越来来越越小小,下列说法中正确的是下列说法中正确的是()A机械能守恒机械能守恒B总能量守恒,机械能减少总能量守恒,机械能减少C能量正在消失能量正在消失D动能减少,重力势能不变动能减少,重力势能不变【答案】【答案】B【解解析析】秋秋千千在在摆动的的过程程中中,受受到到阻阻尼尼作作用用,振振幅幅越越来来越越小小,所所以以机机械械能能减减小小,能能量量是是守守恒恒的的动能能和和重重力力势能
14、能都都在在不不停停地地变化化,两两者者之和在减小,之和在减小,B正确正确变变式式2(2021届届上上海海格格致致中中学学期期中中)关关于于小小孩孩荡荡秋秋千千,不不计计空空气气阻阻力力的影响,下列说法正确的是的影响,下列说法正确的是()A其其他他条条件件相相同同的的情情况况下下,重重一一些些的的小小孩孩荡荡秋秋千千,摆摆动动的的频频率率会会更大更大B在秋千达到最低处时,小孩有失重的感觉在秋千达到最低处时,小孩有失重的感觉C当秋千摆到最低点时,绳子最容易断当秋千摆到最低点时,绳子最容易断D这一过程一定是简谐运动这一过程一定是简谐运动【答案】【答案】C阻尼振动的能量和周期阻尼振动的能量和周期1阻阻
15、尼尼振振动的的振振幅幅不不断断减减小小,能能量量不不断断减减少少,但但阻阻尼尼振振动的的频率率不不变,其,其频率率为固有固有频率,由系率,由系统本身决定本身决定2阻阻尼尼振振动中中,机机械械能能E等等于于动能能Ek和和势能能Ep之之和和,即即EEkEp,E减小,但减小,但动能和能和势能相互能相互转化化用扁担挑水前用扁担挑水前进时,有,有时桶里的水会桶里的水会荡得得厉害,并从桶中害,并从桶中溅出来出来对共振的理解对共振的理解问题问题(1)这其中的原因是为什么?这其中的原因是为什么?(2)这种现象,在物理上叫什么?这种现象,在物理上叫什么?【答答案案】(1)人人挑挑水水时时,通通过过扁扁担担对对水
16、水桶桶施施加加周周期期性性的的驱驱动动力力,当当驱驱动动力力的的频频率率等等于于桶桶里里水水的的固固有有频频率率时时,水水发发生生共共振振,水水的的动动荡荡就就越越来来越越厉害,就会从桶中溅出来厉害,就会从桶中溅出来(2)共振共振1共振的定义共振的定义物物体体做做受受迫迫振振动动时时,当当驱驱动动力力的的频频率率等等于于振振动动物物体体的的固固有有频频率率时时,物体做受迫振动的振幅达到最大值,这种现象称为共振物体做受迫振动的振幅达到最大值,这种现象称为共振2发生共振的条件发生共振的条件f驱驱f固固,即驱动力的频率等于振动系统的固有频率,即驱动力的频率等于振动系统的固有频率探究总结探究总结3共振
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