《滬科物理選修3-4 第1章1.5《受迫振動(dòng)與共振》》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《滬科物理選修3-4 第1章1.5《受迫振動(dòng)與共振》（34頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

歡迎進(jìn)入物理課堂 1 5受迫振動(dòng)與共振 核心要點(diǎn)突破 課堂互動(dòng)講練 知能優(yōu)化訓(xùn)練 1 5 課前自主學(xué)案 課標(biāo)定位 課標(biāo)定位 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 掌握阻尼振動(dòng) 受迫振動(dòng)的概念 理解受迫振動(dòng)的振幅與驅(qū)動(dòng)力頻率之間的關(guān)系 2 理解共振的原因 掌握共振的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn) 重點(diǎn)難點(diǎn) 重點(diǎn)是受迫振動(dòng)的振幅與驅(qū)動(dòng)力頻率之間的關(guān)系 難點(diǎn)是共振成因的分析 課前自主學(xué)案 一 振動(dòng)中的能量損失空氣中的彈簧振子和單擺 由于受到 的作用 做振幅 的運(yùn)動(dòng)叫 而鐘擺能保持振幅 原因是定時(shí)補(bǔ)充 的結(jié)果 空氣阻力 逐漸減小 阻尼振動(dòng) 不變 能量 二 受迫振動(dòng)1 定義 物體在周期性變化的 作用下的振動(dòng)叫受迫振動(dòng) 2 受迫振動(dòng)穩(wěn)定后 可以明顯地觀察到受迫振動(dòng)的周期等于 的周期 這樣就可以得到物體做受迫振動(dòng)的頻率等于 的頻率 而跟物體自身的 無關(guān) 驅(qū)動(dòng)力 驅(qū)動(dòng)力 驅(qū)動(dòng)力 固有頻率 三 共振及其產(chǎn)生的條件1 共振 當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率跟 相等時(shí) 物體做受迫振動(dòng)的振幅 這種現(xiàn)象叫做共振 聲音的共振現(xiàn)象叫 2 共振的條件 f驅(qū) f固 即驅(qū)動(dòng)力的頻率與物體的固有頻率相等 3 共振曲線如圖1 5 1所示 共振曲線的橫坐標(biāo)為驅(qū)動(dòng)力的頻率 縱坐標(biāo)為受迫振動(dòng)物體的振幅 圖1 5 1 物體的固有頻率 最大 共鳴 4 共振的利用和防止 1 防止 由共振曲線可知 f驅(qū) f固時(shí) A Am振幅達(dá)到最大 f驅(qū)與f固差別越大時(shí) 物體做受迫振動(dòng)的振幅A越小 由此可知 在需要防止共振危害的時(shí)候 要想辦法使驅(qū)動(dòng)力頻率和固有頻率 而且相差越 越好 2 應(yīng)用 在需要利用共振時(shí) 應(yīng)設(shè)法使驅(qū)動(dòng)力的頻率 物體的固有頻率 共振篩 微波爐 核磁共振成像及樂器上的共鳴箱等都是利用共振的實(shí)例 不相等 多 等于或接近 核心要點(diǎn)突破 一 阻尼振動(dòng)1 阻尼振動(dòng)振幅逐漸減小的振動(dòng)叫做阻尼振動(dòng) 也叫減幅振動(dòng) 實(shí)際的振動(dòng)系統(tǒng)不可避免地要受到摩擦力和其他阻力作用 即受到阻尼的作用 將一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量 導(dǎo)致振動(dòng)的總能量不斷減小 因而振動(dòng)的振幅也不斷減小 2 影響振幅減小的因素振幅減小的快慢跟振動(dòng)所受的阻尼有關(guān) 阻尼越大 振幅減小得越快 阻尼越小 振幅減小得越慢 當(dāng)阻尼很小時(shí) 在一段不太長的時(shí)間內(nèi)振幅沒有明顯的減小 可認(rèn)為是等幅振動(dòng) 1 同一簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)能量的大小由振幅大小決定 2 物體做無阻尼振動(dòng) 并不一定指它不受阻尼 而是指它在振動(dòng)過程中保持振幅不變 3 物體做阻尼振動(dòng)時(shí) 振幅雖然不斷減小 但振動(dòng)的頻率仍由振動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)所決定 并不會(huì)隨振幅的減小而變化 例如用力敲鑼 由于鑼受到阻尼作用 振幅越來越小 鑼聲減弱 但音調(diào)不變 3 阻尼振動(dòng)的圖像阻尼振動(dòng)的圖像如圖1 5 2所示 圖1 5 2 即時(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 1 下列說法正確的是 A 阻尼振動(dòng)也叫減幅振動(dòng)B 實(shí)際的振動(dòng)系統(tǒng)不可避免地受到阻尼作用C 阻尼振動(dòng)的振幅逐漸減小 所以周期也逐漸減小D 阻尼過大時(shí) 系統(tǒng)將不能發(fā)生振動(dòng) 解析 選ABD 實(shí)際生活中的振動(dòng)都要受到阻尼作用 振幅逐漸減小 但周期保持不變 故A B正確 C錯(cuò)誤 阻尼過大時(shí) 整個(gè)系統(tǒng)很快停止振動(dòng) 二 對(duì)共振的進(jìn)一步理解1 共振曲線 1 圖1 5 4表示的是用圖1 5 3所示裝置進(jìn)行共振實(shí)驗(yàn)所得的共振曲線 曲線表示受迫振動(dòng)的振幅A 縱坐標(biāo) 隨驅(qū)動(dòng)力頻率f 橫坐標(biāo) 的變化而變化 驅(qū)動(dòng)力頻率f跟固有頻率f0相差越小 振幅越大 驅(qū)動(dòng)力頻率f等于振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率f0時(shí) 振幅最大 圖1 5 3圖1 5 4圖1 5 5 2 我們還可以用圖1 5 4表示出用圖1 5 5所示裝置進(jìn)行共振實(shí)驗(yàn)的共振曲線 曲線表示受迫振動(dòng)的振幅A 縱坐標(biāo) 取決于各自的固有頻率f 橫坐標(biāo) 固有頻率f跟驅(qū)動(dòng)力頻率f0相差越小 振幅越大 固有頻率f等于驅(qū)動(dòng)力頻率f0時(shí) 單擺的振幅最大 2 對(duì)共振成因的分析當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率等于物體的固有頻率時(shí) 做受迫振動(dòng)的物體振幅達(dá)到最大 1 從受力角度看 振動(dòng)物體所受驅(qū)動(dòng)力的方向跟它的運(yùn)動(dòng)方向相同時(shí) 驅(qū)動(dòng)力對(duì)它起加速作用 使它的振幅增大 驅(qū)動(dòng)力的頻率跟物體的固有頻率越接近 使物體振幅增大的力的作用次數(shù)就越多 當(dāng)驅(qū)動(dòng)力頻率等于物體的固有頻率時(shí) 它的每一次作用都使物體的振幅增加 從而振幅達(dá)到最大 2 從功能關(guān)系看 當(dāng)驅(qū)動(dòng)力頻率越接近物體的固有頻率時(shí) 驅(qū)動(dòng)力與物體運(yùn)動(dòng)一致的次數(shù)越多 驅(qū)動(dòng)力對(duì)物體做正功越多 振幅就越大 當(dāng)驅(qū)動(dòng)力頻率等于物體固有頻率時(shí) 驅(qū)動(dòng)力始終對(duì)物體做正功 使振動(dòng)能量不斷增加 振幅不斷增大 直到增加的能量等于克服阻尼作用損耗的能量 振幅才不再增加 即時(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 2 部隊(duì)經(jīng)過橋梁時(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 減小對(duì)橋 雪山的沖力C 避免使橋發(fā)生共振和使雪山發(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 解析 選C 這是由于隊(duì)伍前進(jìn)時(shí)步伐的頻率過于整齊且與橋的固有頻率非常接近使橋發(fā)生了共振現(xiàn)象的原因 所以部隊(duì)行軍過橋時(shí)要便步行走 課堂互動(dòng)講練 如圖1 5 6所示是單擺做阻尼振動(dòng)時(shí)的振動(dòng)圖像 下列說法正確的是 A 擺球在A時(shí)刻的動(dòng)能等于在B時(shí)刻的動(dòng)能B 擺球在A時(shí)刻的勢(shì)能等于在B時(shí)刻的勢(shì)能C 擺球在A時(shí)刻的機(jī)械能等于在B時(shí)刻的機(jī)械能D 擺球在后一時(shí)刻的動(dòng)能總比前一時(shí)刻的動(dòng)能小 圖1 5 6 精講精析 由于單擺在阻尼振動(dòng)中 要不斷克服阻力作用做功 所以機(jī)械能要不斷減小 即后一時(shí)刻的機(jī)械能總小于前一時(shí)刻的機(jī)械能 但后一時(shí)刻的動(dòng)能或勢(shì)能可以大于前一時(shí)刻的動(dòng)能或勢(shì)能 由于A B兩時(shí)刻擺球的位移相同 故單擺在這兩個(gè)時(shí)刻的勢(shì)能相等 而A時(shí)刻擺球機(jī)械能大于B時(shí)刻的機(jī)械能 故B時(shí)刻動(dòng)能小于A時(shí)刻動(dòng)能 故答案為B 答案 B 方法總結(jié) 阻尼振動(dòng)的實(shí)質(zhì)是能量在減少 其直觀表現(xiàn)是振幅在減小 變式訓(xùn)練1彈簧振子在振動(dòng)過程中振幅逐漸減小 這是由于 A 振子開始振動(dòng)時(shí)振幅太小B 在振動(dòng)過程中要不斷克服外界阻力做功 消耗能量C 動(dòng)能和勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化D 振子的機(jī)械能逐漸轉(zhuǎn)化為內(nèi)能解析 選BD 由于有阻力 振子的機(jī)械能減小 振幅減小 損失的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 2011年北京海淀區(qū)模擬 如圖1 5 7所示 五個(gè)擺懸掛于同一根繃緊的水平繩上 A是擺球質(zhì)量較大的擺 讓它擺動(dòng)后帶動(dòng)其他擺運(yùn)動(dòng) 下列結(jié)論正確的是 A 其他各擺的振動(dòng)周期與A擺的相同B 其他各擺的振幅都相等C 其他各擺的振幅不同 E擺的振幅最大D 其他各擺的振動(dòng)周期不同 D擺周期最大 圖1 5 7 自主解答 受迫振動(dòng)的周期都應(yīng)等于驅(qū)動(dòng)力的周期 A擺的周期 A E兩擺為雙線擺 其等效擺長相等 LA LE A擺振動(dòng)后迫使水平繩振動(dòng) 水平繩再迫使其他擺振動(dòng) 由于E擺的固有周期與驅(qū)動(dòng)力A擺的周期相同 所以E擺的振幅最大 B C D三個(gè)擺的固有周期偏離驅(qū)動(dòng)力A擺的周期各不相同 所以它們振動(dòng)的振幅各不相同 答案 AC 方法總結(jié) 受迫振動(dòng)的周期等于驅(qū)動(dòng)力的周期 當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的周期等于系統(tǒng)的固有周期時(shí) 物體發(fā)生共振 振幅最大 且與固有周期相差越遠(yuǎn) 振幅越小 圖1 5 8 解析 選AD 擺振動(dòng)時(shí) 通過水平繩子對(duì)其他四個(gè)擺形成一個(gè)周期性的驅(qū)動(dòng)力 其周期等于T 它恰好等于B擺自由振動(dòng)的固有周期 所以B擺的振幅最大 穩(wěn)定時(shí) 其他各擺的振動(dòng)周期都等于驅(qū)動(dòng)力的周期 所以A擺的振動(dòng)周期也為T 把一個(gè)篩子用四根彈簧支起來 篩子上一個(gè)電動(dòng)偏心輪 它每轉(zhuǎn)一周 給篩子一個(gè)驅(qū)動(dòng)力 這樣就做成了一個(gè)共振篩 篩子做自由振動(dòng)時(shí) 完成10次全振動(dòng)用時(shí)15s 在某電壓下 電動(dòng)偏心輪轉(zhuǎn)速是36r min 已知增大電壓可使偏心輪轉(zhuǎn)速提高 增加篩子的質(zhì)量 可以增大篩子的固有周期 那么要使篩子的振幅增大 下列哪些做法是正確的 A 提高輸入電壓B 降低輸入電壓C 增加篩子質(zhì)量D 減小篩子質(zhì)量 答案 AC 方法總結(jié) 該題情景新穎 處理的關(guān)鍵是正確把握題目中所給信息 由題給信息出發(fā)解決問題 變式訓(xùn)練3鐵路上每根鋼軌長12m 若支持車廂的彈簧的固有周期為0 8s 則列車以 m s行駛時(shí) 車廂振動(dòng)得最厲害 答案 15 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全