物理6 受迫振动 共振说课课件ppt

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目 标 素 养1.知道什么是阻尼振动和阻尼振动中能量转化的情况。2.知道什么是受迫振动,知道受迫振动的频率跟固有频率无关,而等于驱动力的频率,形成正确的物理观念,培养科学思维能力。3.知道共振以及发生共振的条件,知道共振的应用和防止的实例,培养分析和解答实际问题的能力。
一、振动中的能量损失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,把这种振动称为固有振动,其振动频率称为固有频率。2.阻尼振动。由于实际的振动系统都会受到摩擦力、黏滞力等阻碍作用,振幅必然逐渐减小。这种振幅随时间逐渐减小的振动称为阻尼振动。
3.振动系统能量衰减的方式。(1)由于振动系统受到摩擦阻力的作用,使振动系统的机械能逐渐转化为内能。(2)由于振动系统引起邻近介质中各质点的振动,使能量向四周辐射出去,从而自身机械能减少。
微思考1前面我们学习过的弹簧振子的运动是属于简谐运动还是阻尼振动呢?提示:实际的弹簧振子在运动中除受到弹力之外,还受到摩擦力等阻力的作用,振幅逐渐减小,即做的是阻尼振动。如果阻力很小,可以忽略,那么振子的运动就是只在回复力作用下的运动,是简谐运动。
二、受迫振动1.驱动力:周期性的外力。2.受迫振动:系统在驱动力作用下的振动。3.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。
微判断1.在外力作用下的振动就是受迫振动。(　　)2.受迫振动的频率与振动系统的固有频率无关。(　　)3.阻尼振动的频率不断减小。(　　)
微训练1.(多选)下列说法正确的是(　　)A.实际的自由振动必然是阻尼振动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自身物理条件无关答案:ACD
解析:实际的自由振动中,由于阻力不可避免,故是阻尼振动,选项A正确;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,选项B错误;阻尼振动的振幅越来越小,选项C正确;受迫振动稳定后的频率等于驱动力的频率,与自身固有频率无关,选项D正确。
三、共振现象及其应用1.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,这种现象称为共振。
2.共振的应用与防止。(1)共振的应用。①采用方法:在应用共振时,驱动力频率接近或等于振动系统的固有频率。②实例:转速计、共振筛。(2)共振的防止。①采用方法:在防止共振时,驱动力频率与系统的固有频率相差越大越好。②实例:部队过桥时用便步;火车过桥时减速。
微思考2要防止共振,需要采取什么措施?提示:尽量使驱动力的频率与固有频率间的差距增大。
一 阻尼振动和简谐运动的比较
某弹簧振子如图所示。(1)周期性的驱动力会使振子如何振动?(2)撤掉外力后,振子的振动发生怎样的变化?
提示:(1)使振子周期性振动。(2)撤去外力后,振子在振动过程中由于克服阻力做功,振幅越来越小。
典例剖析(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.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C.后一时刻的势能一定小于前一时刻的势能D.后一时刻的机械能一定小于前一时刻的机械能答案:AD
解析: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,选项A、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势能仍不断地相互转化,动能转化为势能时,动能逐渐减小,势能逐渐增大;而势能转化为动能时,势能逐渐减小,动能逐渐增大,所以不能断言后一时刻的动能(或势能)一定小于前一时刻的动能(或势能),故选项B、C错误。
特别提醒1.阻尼振动的频率: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。 2.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,可认为是简谐运动。
学以致用(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.通过某一位置时,机械能始终不变D.机械能不守恒,周期不变答案:BD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、D正确,A、C错误。
重难归纳1.自由振动、受迫振动及共振的比较。
2.对共振条件的理解。(1)从受力角度来看:驱动力的频率跟物体的固有频率越接近,使物体振幅增大的力的作用次数就越多;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)从功能关系来看:驱动力的频率越接近物体的固有频率,驱动力对物体做正功就越多,振幅就越大;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,从而振幅达到最大。
3.共振曲线的理解和应用。(1)两坐标轴的意义。纵轴:受迫振动的振幅,如图所示。横轴:驱动力频率。
(2)f0的意义:表示固有频率。(3)认识曲线形状:f=f0,共振;f>f0或f