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高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册6 受迫振动 共振示范课课件ppt
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这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册6 受迫振动 共振示范课课件ppt，共32页。PPT课件主要包含了内容索引，学习目标，思维导图，课前篇自主预习，课堂篇探究学习，知识归纳等内容，欢迎下载使用。
1.知道什么是阻尼振动,什么叫驱动力,什么叫受迫振动(物理观念)2.能举出受迫振动的实例,知道受迫振动的频率由驱动力的频率决定(科学思维)3.知道什么是共振并探究发生共振的条件(科学探究)
[自主阅读]一、固有振动和阻尼振动1.固有振动:弹簧振子与单摆在没有外力干预的情况下做简谐运动,周期或频率与振幅无关,仅由系统自身的性质决定,我们把这种振动称为固有振动。2.固有频率:物体固有振动时的频率仅由系统自身的性质决定,称为固有频率。3.阻尼振动:振幅随时间逐渐减小的振动。
二、受迫振动和共振1.受迫振动:振动系统在驱动力(周期性的外力)作用下的振动。2.受迫振动的频率物体做受迫振动达到稳定后,物体振动的频率等于驱动力的频率,与物体的固有频率无关。3.共振:当驱动力的频率等于固有频率时,物体做受迫振动的振幅达到最大值的现象。4.产生共振的条件驱动力的频率等于振动系统的固有频率。
[自我检测]1.正误判断(1)阻尼振动是机械能不断减小的振动,它一定不是简谐运动。( )答案 √(2)单摆的振幅越来越小,是因为其能量在不断消失。( )解析 单摆总能量是守恒的,只是机械能不断减小。答案 ×
(3)在外力作用下的振动就是受迫振动。( )解析 只有在周期性外力(驱动力)的作用下物体所做的振动才是受迫振动。答案 ×(4)受迫振动的频率等于振动系统的固有频率。( )答案 ×(5)驱动力频率越大,振幅越大。( )答案 ×
2.(多选)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B.振幅越来越小,周期不变C.机械能越来越小D.机械能不守恒,周期不变解析 单摆做阻尼振动时,振幅会减小,机械能减小,振动周期不变,故选项B、C、D对,A错。答案 BCD
3.(多选)下列振动中,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B.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D.弹簧振子在竖直方向上沿上下方向振动解析 受迫振动是指在周期性驱动力作用下的振动,故A、C、D都是自由振动,B是受迫振动。答案 ACD
[情境探究]“余音绕梁,三日不绝。”形容歌声或音乐的优美,耐人寻味。但在日常生活中,当弹奏结束后,乐声会越来越弱,并最终消失,这是为什么呢?要点提示 由于乐声受到空气的阻尼作用,振幅越来越小,因此乐声也就越来越弱了。
要点笔记 阻尼振动中振幅虽逐渐减小,但振动频率不会变化,此频率称为固有频率,由振动系统决定。
[典例剖析]例题1(多选)一单摆在空气中振动,振幅逐渐减小,下列说法正确的是( )A.单摆的机械能逐渐转化为其他形式的能B.单摆后一时刻的动能一定小于前一时刻的动能C.单摆振幅减小,频率也随着减小D.单摆振幅虽然减小,但其频率不变解析 单摆做阻尼振动,因不断克服空气阻力做功而使机械能转化为其他形式的能,但是在振动过程中,动能和势能仍不断相互转化,故选项A正确,选项B错误;做阻尼振动的物体,频率由系统的特征决定,与振幅无关,所以其频率不变,选项C错误,选项D正确。答案 AD
规律方法 理解阻尼振动的两个方面一是振动的能量方面,由于阻力做负功,振动物体的机械能逐渐减小,振幅逐渐变小,但由于振动中动能与势能相互转化,不能说下一时刻的动能(或势能)变小;二是振动的周期与频率方面,周期与频率由振动系统本身决定,阻尼振动中周期与频率不变。
变式训练1(多选)单摆做阻尼振动的振动图像如图所示,下列说法正确的是( )A.摆球在A时刻的动能等于B时刻的动能B.摆球在A时刻的势能等于B时刻的势能C.摆球在A时刻的机械能等于B时刻的机械能D.摆球在A时刻的机械能大于B时刻的机械能解析 在单摆振动过程中,因不断克服空气阻力做功使机械能逐渐转化为内能,故选项C错误,选项D正确;虽然单摆总的机械能在逐渐减小,但在振动过程中动能和重力势能仍在不断地相互转化,由于A、B两时刻,单摆的位移相等,所以重力势能相等,但动能不相等,故选项A错误,选项B正确。答案 BD
[情境探究]我国汉代有一种被称为“鱼洗”的铜盆,盆的边缘有两个耳环,盆底有浮雕的鱼等。盆内注入适量清水,当用潮湿的双手有节奏地来回摩擦两个耳环时,伴随着鱼洗发出的铮铮声,盆中喷出泉涌般的水柱,令人惊叹不已!这是什么原理呢?要点提示 发生了共振。
[知识归纳]1.发生共振的条件及理解(1)驱动力的频率等于振动系统的固有频率。(2)对共振条件的理解①从受力角度看:当振动物体所受驱动力的方向跟它的运动方向相同时,驱动力对它起加速作用,使它的振幅增大,当驱动力的频率等于物体的固有频率时,它的每一次作用都使物体的振幅增加,从而振幅达到最大。②从功能关系看:当驱动力的频率等于物体的固有频率时,驱动力始终对物体做正功,使振动能量不断增加,振幅不断增大,直到达到最大值。
2.共振曲线及理解如图所示,共振曲线直观地反映了物体做受迫振动的振幅与驱动力频率的关系。(1)当驱动力的频率f偏离固有频率f0较大时,受迫振动的振幅较小。(2)当驱动力的频率f等于固有频率f0时,受迫振动的振幅最大。
[典例剖析]例题2如图所示,在曲柄A上悬挂一个弹簧振子,如果转动摇把C可带动曲轴BAD,用手往下拉振子,再放手使弹簧振子上下振动,测得振子在10 s内完成20次全振动,然后匀速转动摇把,当转速为 r/min,弹簧振子振动最剧烈,稳定后的振动周期为 s。
解析 振子在10 s内完成20次全振动,故固有频率为f=2 Hz;当受迫振动的频率接近于振子的固有频率时,会发生共振,即弹簧振子振动最剧烈,故摇把转速为n=f=2 r/s=120 r/min;稳定后的振动周期为答案 120 0.5规律方法 受迫振动与共振的关系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,注意区分固有频率、受迫振动的频率和驱动力的频率。
变式训练2(多选)(2021浙江1月选考)为了提高松树上松果的采摘率和工作效率,工程技术人员利用松果的惯性发明了用打击杆、振动器使松果落下的两种装置,如图甲、乙所示。则( )
A.针对不同树木,落果效果最好的振动频率可能不同B.随着振动器频率的增加,树干振动的幅度一定增大C.打击杆对不同粗细树干打击结束后,树干的振动频率相同D.稳定后,不同粗细树干的振动频率始终与振动器的振动频率相同
解析 根据共振的条件,当振动器的频率等于树木的固有频率时产生共振,此时落果效果最好,而不同的树木的固有频率不同,针对不同树木,落果效果最好的振动频率可能不同,选项A正确;当振动器的振动频率等于树木的固有频率时产生共振,此时树干的振幅最大,则随着振动器频率的增加,树干振动的幅度不一定增大,选项B错误;打击结束后,树干做阻尼振动,阻尼振动的频率为树干的固有频率,所以粗细不同的树干频率不同,选项C错误;树干在振动器的振动下做受迫振动,则稳定后,不同粗细树干的振动频率始终与振动器的振动频率相同,选项D正确。答案 AD
1.(多选)单摆在空气中做阻尼振动,下列说法正确的是( )A.振动的机械能逐渐转化为其他形式的能量B.后一时刻摆球的动能一定比前一时刻小C.后一时刻摆球的势能一定比前一时刻小D.后一时刻摆球的机械能一定比前一时刻小解析 由于单摆在空气中做阻尼振动,克服空气、摩擦阻力做功,使机械能不断减少而转化为内能。后一时刻的动能和势能不一定比前一时刻小,但后一时刻摆球的机械能一定比前一时刻小。答案 AD
2.(多选)下列说法正确的是( )A.实际的自由振动一定是阻尼振动B.在外力作用下的振动是受迫振动C.阻尼振动的振幅越来越小D.受迫振动稳定后的频率与振动系统自身物理条件无关解析 实际的自由振动,必须不断克服外界阻力做功而消耗能量,振幅会逐渐减小,所以必然是阻尼振动,故选项A、C正确;只有在周期性外力(驱动力)作用下的物体所做的振动才是受迫振动,故选项B错误;受迫振动稳定后的频率由驱动力的频率决定,与自身物理条件无关,故选项D正确。答案 ACD
3.表中记录了某振动系统的振幅随驱动力频率变化的关系,若该振动系统的固有频率为f固,则( )A.f固=60 HzB.60 Hz
1.知道什么是阻尼振动,什么叫驱动力,什么叫受迫振动(物理观念)2.能举出受迫振动的实例,知道受迫振动的频率由驱动力的频率决定(科学思维)3.知道什么是共振并探究发生共振的条件(科学探究)
[自主阅读]一、固有振动和阻尼振动1.固有振动:弹簧振子与单摆在没有外力干预的情况下做简谐运动,周期或频率与振幅无关,仅由系统自身的性质决定,我们把这种振动称为固有振动。2.固有频率:物体固有振动时的频率仅由系统自身的性质决定,称为固有频率。3.阻尼振动:振幅随时间逐渐减小的振动。
二、受迫振动和共振1.受迫振动:振动系统在驱动力(周期性的外力)作用下的振动。2.受迫振动的频率物体做受迫振动达到稳定后,物体振动的频率等于驱动力的频率,与物体的固有频率无关。3.共振:当驱动力的频率等于固有频率时,物体做受迫振动的振幅达到最大值的现象。4.产生共振的条件驱动力的频率等于振动系统的固有频率。
[自我检测]1.正误判断(1)阻尼振动是机械能不断减小的振动,它一定不是简谐运动。( )答案 √(2)单摆的振幅越来越小,是因为其能量在不断消失。( )解析 单摆总能量是守恒的,只是机械能不断减小。答案 ×
(3)在外力作用下的振动就是受迫振动。( )解析 只有在周期性外力(驱动力)的作用下物体所做的振动才是受迫振动。答案 ×(4)受迫振动的频率等于振动系统的固有频率。( )答案 ×(5)驱动力频率越大,振幅越大。( )答案 ×
2.(多选)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B.振幅越来越小,周期不变C.机械能越来越小D.机械能不守恒,周期不变解析 单摆做阻尼振动时,振幅会减小,机械能减小,振动周期不变,故选项B、C、D对,A错。答案 BCD
3.(多选)下列振动中,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B.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D.弹簧振子在竖直方向上沿上下方向振动解析 受迫振动是指在周期性驱动力作用下的振动,故A、C、D都是自由振动,B是受迫振动。答案 ACD
[情境探究]“余音绕梁,三日不绝。”形容歌声或音乐的优美,耐人寻味。但在日常生活中,当弹奏结束后,乐声会越来越弱,并最终消失,这是为什么呢?要点提示 由于乐声受到空气的阻尼作用,振幅越来越小,因此乐声也就越来越弱了。
要点笔记 阻尼振动中振幅虽逐渐减小,但振动频率不会变化,此频率称为固有频率,由振动系统决定。
[典例剖析]例题1(多选)一单摆在空气中振动,振幅逐渐减小,下列说法正确的是( )A.单摆的机械能逐渐转化为其他形式的能B.单摆后一时刻的动能一定小于前一时刻的动能C.单摆振幅减小,频率也随着减小D.单摆振幅虽然减小,但其频率不变解析 单摆做阻尼振动,因不断克服空气阻力做功而使机械能转化为其他形式的能,但是在振动过程中,动能和势能仍不断相互转化,故选项A正确,选项B错误;做阻尼振动的物体,频率由系统的特征决定,与振幅无关,所以其频率不变,选项C错误,选项D正确。答案 AD
规律方法 理解阻尼振动的两个方面一是振动的能量方面,由于阻力做负功,振动物体的机械能逐渐减小,振幅逐渐变小,但由于振动中动能与势能相互转化,不能说下一时刻的动能(或势能)变小;二是振动的周期与频率方面,周期与频率由振动系统本身决定,阻尼振动中周期与频率不变。
变式训练1(多选)单摆做阻尼振动的振动图像如图所示,下列说法正确的是( )A.摆球在A时刻的动能等于B时刻的动能B.摆球在A时刻的势能等于B时刻的势能C.摆球在A时刻的机械能等于B时刻的机械能D.摆球在A时刻的机械能大于B时刻的机械能解析 在单摆振动过程中,因不断克服空气阻力做功使机械能逐渐转化为内能,故选项C错误,选项D正确;虽然单摆总的机械能在逐渐减小,但在振动过程中动能和重力势能仍在不断地相互转化,由于A、B两时刻,单摆的位移相等,所以重力势能相等,但动能不相等,故选项A错误,选项B正确。答案 BD
[情境探究]我国汉代有一种被称为“鱼洗”的铜盆,盆的边缘有两个耳环,盆底有浮雕的鱼等。盆内注入适量清水,当用潮湿的双手有节奏地来回摩擦两个耳环时,伴随着鱼洗发出的铮铮声,盆中喷出泉涌般的水柱,令人惊叹不已!这是什么原理呢?要点提示 发生了共振。
[知识归纳]1.发生共振的条件及理解(1)驱动力的频率等于振动系统的固有频率。(2)对共振条件的理解①从受力角度看:当振动物体所受驱动力的方向跟它的运动方向相同时,驱动力对它起加速作用,使它的振幅增大,当驱动力的频率等于物体的固有频率时,它的每一次作用都使物体的振幅增加,从而振幅达到最大。②从功能关系看:当驱动力的频率等于物体的固有频率时,驱动力始终对物体做正功,使振动能量不断增加,振幅不断增大,直到达到最大值。
2.共振曲线及理解如图所示,共振曲线直观地反映了物体做受迫振动的振幅与驱动力频率的关系。(1)当驱动力的频率f偏离固有频率f0较大时,受迫振动的振幅较小。(2)当驱动力的频率f等于固有频率f0时,受迫振动的振幅最大。
[典例剖析]例题2如图所示,在曲柄A上悬挂一个弹簧振子,如果转动摇把C可带动曲轴BAD,用手往下拉振子,再放手使弹簧振子上下振动,测得振子在10 s内完成20次全振动,然后匀速转动摇把,当转速为 r/min,弹簧振子振动最剧烈,稳定后的振动周期为 s。
解析 振子在10 s内完成20次全振动,故固有频率为f=2 Hz;当受迫振动的频率接近于振子的固有频率时,会发生共振,即弹簧振子振动最剧烈,故摇把转速为n=f=2 r/s=120 r/min;稳定后的振动周期为答案 120 0.5规律方法 受迫振动与共振的关系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,注意区分固有频率、受迫振动的频率和驱动力的频率。
变式训练2(多选)(2021浙江1月选考)为了提高松树上松果的采摘率和工作效率,工程技术人员利用松果的惯性发明了用打击杆、振动器使松果落下的两种装置,如图甲、乙所示。则( )
A.针对不同树木,落果效果最好的振动频率可能不同B.随着振动器频率的增加,树干振动的幅度一定增大C.打击杆对不同粗细树干打击结束后,树干的振动频率相同D.稳定后,不同粗细树干的振动频率始终与振动器的振动频率相同
解析 根据共振的条件,当振动器的频率等于树木的固有频率时产生共振,此时落果效果最好,而不同的树木的固有频率不同,针对不同树木,落果效果最好的振动频率可能不同,选项A正确;当振动器的振动频率等于树木的固有频率时产生共振,此时树干的振幅最大,则随着振动器频率的增加,树干振动的幅度不一定增大,选项B错误;打击结束后,树干做阻尼振动,阻尼振动的频率为树干的固有频率,所以粗细不同的树干频率不同,选项C错误;树干在振动器的振动下做受迫振动,则稳定后,不同粗细树干的振动频率始终与振动器的振动频率相同,选项D正确。答案 AD
1.(多选)单摆在空气中做阻尼振动,下列说法正确的是( )A.振动的机械能逐渐转化为其他形式的能量B.后一时刻摆球的动能一定比前一时刻小C.后一时刻摆球的势能一定比前一时刻小D.后一时刻摆球的机械能一定比前一时刻小解析 由于单摆在空气中做阻尼振动,克服空气、摩擦阻力做功,使机械能不断减少而转化为内能。后一时刻的动能和势能不一定比前一时刻小,但后一时刻摆球的机械能一定比前一时刻小。答案 AD
2.(多选)下列说法正确的是( )A.实际的自由振动一定是阻尼振动B.在外力作用下的振动是受迫振动C.阻尼振动的振幅越来越小D.受迫振动稳定后的频率与振动系统自身物理条件无关解析 实际的自由振动,必须不断克服外界阻力做功而消耗能量,振幅会逐渐减小,所以必然是阻尼振动,故选项A、C正确;只有在周期性外力(驱动力)作用下的物体所做的振动才是受迫振动,故选项B错误;受迫振动稳定后的频率由驱动力的频率决定,与自身物理条件无关,故选项D正确。答案 ACD
3.表中记录了某振动系统的振幅随驱动力频率变化的关系,若该振动系统的固有频率为f固,则( )A.f固=60 HzB.60 Hz
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