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高中物理鲁科版 (2019)选择性必修 第一册第5节 生活中的振动多媒体教学课件ppt
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这是一份高中物理鲁科版 (2019)选择性必修 第一册第5节 生活中的振动多媒体教学课件ppt，共34页。PPT课件主要包含了目录索引等内容，欢迎下载使用。
基础落实·必备知识全过关
重难探究·能力素养全提升
学以致用·随堂检测全达标
1.知道阻尼振动和自由振动,并能从能量的观点给予说明。(物理观念)2.知道受迫振动的概念。知道受迫振动的频率等于驱动力的频率,而跟振动物体的固有频率无关。(物理观念)3.理解共振的概念,知道常见共振的应用和危害。(物理观念、科学态度与责任)
一、阻尼振动1.定义:振幅逐渐减小的振动。2.产生的原因:振动系统克服阻力做功,系统的机械能不断 ,振幅也不断 。 3.图像:如图所示,振幅 ,最后停止振动。
二、受迫振动与共振1.受迫振动(1)驱动力:给振动物体施加的 的外力。 (2)受迫振动:在 外力作用下产生的振动。 (3)受迫振动的周期或频率物体做受迫振动时,振动稳定后的周期(或频率)总等于 的周期(或频率),与物体的固有周期(或固有频率)无关。
2.共振(1)条件:驱动力的周期(或频率) 物体的固有周期(或固有频率)。 (2)特征:共振时,物体受迫振动的 最大。 (3)共振曲线:如图所示。
受迫振动的振幅与驱动力频率的关系
三、共振的应用与防止1.共振的应用(1)应用实例:路面共振破碎机、音叉共鸣箱等。(2)应用方法:在应用共振时,使驱动力频率接近或等于振动系统的 ,振动将更剧烈。 2.共振的防止(1)共振的危害:轮船航行时,因受到周期性的海浪冲击,可能发生共振而剧烈摇摆甚至倾覆;集体列队过桥梁时,因齐步走导致桥梁共振倒塌;(2)防止方法:在防止共振时,驱动力频率与系统的 相差越大越好。
易错辨析判一判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。( )2.单摆的振幅越来越小,是因为其能量在不断消失。( )3.在外力作用下的振动就是受迫振动。( )4.驱动力的频率越大振动物体振幅越大。( )5.共振的条件是驱动力的频率等于物体的固有频率。( )
单摆总能量是守恒的,只是机械能不断减小。
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。
即学即用练一练(多选)下列关于共振和防止共振的说法正确的是( )A.共振现象总是有害的,所以要避免共振现象发生B.队伍过桥要慢行是为了不产生周期性的驱动力,从而避免产生共振C.火车过桥慢行是为了使驱动力的频率远小于桥的固有频率,从而避免产生共振D.利用共振时,应使驱动力的频率接近或等于振动物体的固有频率;防止共振危害时,应使驱动力的频率与振动物体的固有频率相差较大
探究一 比较简谐运动、阻尼振动和受迫振动
“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。
闪光语录 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。
例题1 (2023安徽合肥高二模拟)一单摆做阻尼振动的x-t图像如图所示,则此单摆的摆球在图中P与N时刻的( )A.速率vP>vN B.重力势能EpP
规律方法 阻尼振动及能量变化(1)阻尼振动与简谐运动的关系:实际的振动都会受到阻力的作用,是阻尼振动。当阻力很小时,可以认为是简谐运动。(2)机械能E等于动能Ek和势能Ep之和,即E=Ek+Ep,阻尼振动中,E减小,但动能和势能仍相互转化。
针对训练1在如图所示的振动图像中,在1~3 s的时间范围内,下列时刻振动物体的动能与势能之和最大的是( )A.1.2 sB.2 sC.2.5 sD.3 s
解析 随着阻力的作用,机械能损失越来越多,则1.2 s时机械能最大。故选A。
探究二 对共振和共振曲线的理解
用扁担挑水时,有时桶里的水会荡得厉害,并从桶中溅出来,这是为什么?
要点提示 人挑水时,通过扁担对水桶施加周期性的驱动力,当驱动力的频率等于桶里水的固有频率时,水发生共振,水的振动就越来越厉害,就会从桶中溅出来。
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。
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。
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,用手往下拉物体,再放手使弹簧振子上下振动,测得物体在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 物体在10 s内完成20次全振动,固有频率为f=2 Hz;当受迫振动的频率接近于物体的固有频率时,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
规律方法 共振曲线的特点(1)当驱动力频率等于物体固有频率时,物体振动的振幅最大;(2)当固有频率不等于驱动力频率时,二者越接近,振幅越大,二者相差越大,振幅越小;(3)共振曲线上除峰值外,其他某一振幅都对应两个驱动力频率。
针对训练2一单摆的共振曲线如图所示,则该单摆的摆长约为多少?共振时摆球的最大速度大小是多少?(g取10 m/s2)
答案 1 m 0.25 m/s
1.(2023湖南郴州高二期末)关于受迫振动和共振,下列说法正确的是( )A.火车过桥时限制速度是为了防止火车发生共振B.若驱动力的频率为5 Hz,则受迫振动稳定后的振动频率一定不是5 HzC.当驱动力的频率等于系统的固有频率时,受迫振动的振幅最大D.受迫振动系统的机械能守恒
解析 火车过桥时限制速度是为了防止桥发生共振,故A错误;若驱动力的频率为5 Hz,则受迫振动稳定后的振动频率一定是5 Hz,故B错误;当驱动力的频率等于系统的固有频率时,受迫振动的振幅最大,故C正确;物体做受迫振动,驱动力对受迫振动的系统做功,受迫振动系统的机械能不守恒,故D错误。
2.在飞机的发展史中有一个阶段,飞机上天后不久,飞机的机翼很快就抖动起来,而且越抖越厉害。后来人们经过了艰苦的探索,利用在飞机机翼前缘处装置一个配重杆的方法解决了这一问题。在飞机机翼前缘处装置配重杆的目的主要是( )A.加大飞机的惯性B.使机体更加平衡C.使机翼更加牢固D.改变机翼的固有频率
解析 飞机抖动得厉害是因为发生了共振现象,想要解决这一问题,需要使系统的固有频率与驱动力的频率差距增大,在飞机机翼前缘处装置一个配重杆,改变的是机翼的固有频率,故选项D正确。
3.在一根张紧的水平绳上悬挂五个摆,其中A、E的摆长为l,B的摆长为0.5l,C的摆长为1.5l,D的摆长为2l。先使A振动起来,其他各摆随后也振动起来,则在B、C、D、E四个摆中,振幅最大的是( )
A.BB.CC.DD.E
解析 A振动起来以后,B、C、D、E四个摆均做受迫振动,其中E的摆长与A的摆长相等,即固有周期相等,故E摆满足共振的条件,其振幅最大。故选D。
4.(多选)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,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
基础落实·必备知识全过关
重难探究·能力素养全提升
学以致用·随堂检测全达标
1.知道阻尼振动和自由振动,并能从能量的观点给予说明。(物理观念)2.知道受迫振动的概念。知道受迫振动的频率等于驱动力的频率,而跟振动物体的固有频率无关。(物理观念)3.理解共振的概念,知道常见共振的应用和危害。(物理观念、科学态度与责任)
一、阻尼振动1.定义:振幅逐渐减小的振动。2.产生的原因:振动系统克服阻力做功,系统的机械能不断 ,振幅也不断 。 3.图像:如图所示,振幅 ,最后停止振动。
二、受迫振动与共振1.受迫振动(1)驱动力:给振动物体施加的 的外力。 (2)受迫振动:在 外力作用下产生的振动。 (3)受迫振动的周期或频率物体做受迫振动时,振动稳定后的周期(或频率)总等于 的周期(或频率),与物体的固有周期(或固有频率)无关。
2.共振(1)条件:驱动力的周期(或频率) 物体的固有周期(或固有频率)。 (2)特征:共振时,物体受迫振动的 最大。 (3)共振曲线:如图所示。
受迫振动的振幅与驱动力频率的关系
三、共振的应用与防止1.共振的应用(1)应用实例:路面共振破碎机、音叉共鸣箱等。(2)应用方法:在应用共振时,使驱动力频率接近或等于振动系统的 ,振动将更剧烈。 2.共振的防止(1)共振的危害:轮船航行时,因受到周期性的海浪冲击,可能发生共振而剧烈摇摆甚至倾覆;集体列队过桥梁时,因齐步走导致桥梁共振倒塌;(2)防止方法:在防止共振时,驱动力频率与系统的 相差越大越好。
易错辨析判一判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。( )2.单摆的振幅越来越小,是因为其能量在不断消失。( )3.在外力作用下的振动就是受迫振动。( )4.驱动力的频率越大振动物体振幅越大。( )5.共振的条件是驱动力的频率等于物体的固有频率。( )
单摆总能量是守恒的,只是机械能不断减小。
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。
即学即用练一练(多选)下列关于共振和防止共振的说法正确的是( )A.共振现象总是有害的,所以要避免共振现象发生B.队伍过桥要慢行是为了不产生周期性的驱动力,从而避免产生共振C.火车过桥慢行是为了使驱动力的频率远小于桥的固有频率,从而避免产生共振D.利用共振时,应使驱动力的频率接近或等于振动物体的固有频率;防止共振危害时,应使驱动力的频率与振动物体的固有频率相差较大
探究一 比较简谐运动、阻尼振动和受迫振动
“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。
闪光语录 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。
例题1 (2023安徽合肥高二模拟)一单摆做阻尼振动的x-t图像如图所示,则此单摆的摆球在图中P与N时刻的( )A.速率vP>vN B.重力势能EpP
规律方法 阻尼振动及能量变化(1)阻尼振动与简谐运动的关系:实际的振动都会受到阻力的作用,是阻尼振动。当阻力很小时,可以认为是简谐运动。(2)机械能E等于动能Ek和势能Ep之和,即E=Ek+Ep,阻尼振动中,E减小,但动能和势能仍相互转化。
针对训练1在如图所示的振动图像中,在1~3 s的时间范围内,下列时刻振动物体的动能与势能之和最大的是( )A.1.2 sB.2 sC.2.5 sD.3 s
解析 随着阻力的作用,机械能损失越来越多,则1.2 s时机械能最大。故选A。
探究二 对共振和共振曲线的理解
用扁担挑水时,有时桶里的水会荡得厉害,并从桶中溅出来,这是为什么?
要点提示 人挑水时,通过扁担对水桶施加周期性的驱动力,当驱动力的频率等于桶里水的固有频率时,水发生共振,水的振动就越来越厉害,就会从桶中溅出来。
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。
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。
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,用手往下拉物体,再放手使弹簧振子上下振动,测得物体在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 物体在10 s内完成20次全振动,固有频率为f=2 Hz;当受迫振动的频率接近于物体的固有频率时,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
规律方法 共振曲线的特点(1)当驱动力频率等于物体固有频率时,物体振动的振幅最大;(2)当固有频率不等于驱动力频率时,二者越接近,振幅越大,二者相差越大,振幅越小;(3)共振曲线上除峰值外,其他某一振幅都对应两个驱动力频率。
针对训练2一单摆的共振曲线如图所示,则该单摆的摆长约为多少?共振时摆球的最大速度大小是多少?(g取10 m/s2)
答案 1 m 0.25 m/s
1.(2023湖南郴州高二期末)关于受迫振动和共振,下列说法正确的是( )A.火车过桥时限制速度是为了防止火车发生共振B.若驱动力的频率为5 Hz,则受迫振动稳定后的振动频率一定不是5 HzC.当驱动力的频率等于系统的固有频率时,受迫振动的振幅最大D.受迫振动系统的机械能守恒
解析 火车过桥时限制速度是为了防止桥发生共振,故A错误;若驱动力的频率为5 Hz,则受迫振动稳定后的振动频率一定是5 Hz,故B错误;当驱动力的频率等于系统的固有频率时,受迫振动的振幅最大,故C正确;物体做受迫振动,驱动力对受迫振动的系统做功,受迫振动系统的机械能不守恒,故D错误。
2.在飞机的发展史中有一个阶段,飞机上天后不久,飞机的机翼很快就抖动起来,而且越抖越厉害。后来人们经过了艰苦的探索,利用在飞机机翼前缘处装置一个配重杆的方法解决了这一问题。在飞机机翼前缘处装置配重杆的目的主要是( )A.加大飞机的惯性B.使机体更加平衡C.使机翼更加牢固D.改变机翼的固有频率
解析 飞机抖动得厉害是因为发生了共振现象,想要解决这一问题,需要使系统的固有频率与驱动力的频率差距增大,在飞机机翼前缘处装置一个配重杆,改变的是机翼的固有频率,故选项D正确。
3.在一根张紧的水平绳上悬挂五个摆,其中A、E的摆长为l,B的摆长为0.5l,C的摆长为1.5l,D的摆长为2l。先使A振动起来,其他各摆随后也振动起来,则在B、C、D、E四个摆中,振幅最大的是( )
A.BB.CC.DD.E
解析 A振动起来以后,B、C、D、E四个摆均做受迫振动,其中E的摆长与A的摆长相等,即固有周期相等,故E摆满足共振的条件,其振幅最大。故选D。
4.(多选)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,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
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