沪科版高中物理选修（3-4）第1章《机械振动》 第5讲.pptx

第十一章 机械振动 目标定位1 知道什么是阻尼振动 知道在什么情况下可以把实际发生的振动看做简谐运动 2 知道什么叫驱动力 什么叫受迫振动 通过实验 认识受迫振动的特点 3 知道共振发生的条件以及应用共振和防止共振的事例和方法 第5讲外力作用下的振动 一 阻尼振动1 固有振动如果振动系统不受的作用 此时的振动叫做固有振动 其振动频率称为 外力 固有频率 2 阻尼振动当振动系统受到阻力的作用时 我们说振动受到了 系统克服的作用要做功 消耗机械能 因而减小 最后停下来 这种振幅逐渐减小的振动 叫做阻尼振动 阻尼 阻尼 振幅 想一想阻尼振动中 在振幅逐渐减小的过程中 振子的周期如何变化 答案不变 周期与振幅无关 二 受迫振动1 驱动力 的外力 2 受迫振动 系统在作用下的振动 想一想受迫振动的频率与系统的固有频率有关吗 答案无关 做受迫振动的系统振动稳定后 其振动频率等于驱动力的频率 与系统的固有频率无关 周期性 驱动力 三 共振1 受迫振动的频率 不管系统的固有频率如何 它做受迫振动的频率总等于周期性的频率 与系统的 无关 2 共振 驱动力频率f系统的固有频率f0时 受迫振动的最大 这种现象叫做共振 驱动力 固有频率 等于 振幅 想一想自由振动 受迫振动和共振分别对应的周期 或频率 是什么 答案自由振动对应固有周期 或固有频率 受迫振动对应驱动力的周期 或频率 而共振对应的是驱动力的周期 或频率 或固有周期 或频率 二者相等 一 阻尼振动和受迫振动1 阻尼振动是振动系统在阻力的作用下 振幅逐渐减小的振动 说明 阻尼振动中振幅虽逐渐减小 但振动的频率不会变化 此频率称为固有频率 由振动系统决定 2 受迫振动是指系统在驱动力作用下的振动 做受迫振动的物体的振动频率等于驱动力的频率 与物体的固有频率无关 说明 受迫振动中 若周期性的驱动力给系统补充的能量与系统因振动阻尼消耗的能量相等 物体做等幅振动 但此振动不是简谐运动 例1一单摆做阻尼振动 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 在振动过程中 通过某一位置时 机械能始终不变D 在振动过程中 机械能不守恒 周期不变 解析因单摆做阻尼振动 所以振幅越来越小 机械能越来越小 振动周期不变 答案BD 例2如图1所示的装置 弹簧振子的固有频率是4Hz 现匀速转动把手 给弹簧振子以周期性的驱动力 测得弹簧振子振动达到稳定时的频率为1Hz 则把手转动的频率为 A 1HzB 3HzC 4HzD 5Hz 图1 解析受迫振动的频率等于驱动力的频率 把手转动的频率为1Hz 选项A正确 答案A 二 对共振的理解1 定义物体做受迫振动时 当驱动力的频率等于系统的固有频率时 振动的振幅最大 这种现象叫共振 2 发生共振的条件f驱 f固 即驱动力的频率等于振动系统的固有频率 3 共振曲线 如图2所示 图2 4 共振的防止与利用 1 利用 由共振的条件知 要利用共振 就应尽量使驱动力的频率与物体的固有频率一致 如共振筛 荡秋千 共振转速计等 2 防止 由共振曲线可知 在需要防止共振危害时 要尽量使驱动力的频率和固有频率不相等 而且相差越多越好 如 部队过桥应便步走 说明 共振是物体做受迫振动时的一种特殊现象 例3如图3所示 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 则摆球振动稳定后 A D的振幅一定最大B E的振幅一定最大C B的周期一定最短D 四个摆的周期相同 图3 解析A振动起来后 使得B C D E做受迫振动 振动的频率都等于A振动的频率 即各摆振动的周期都相等 选项C错误 D正确 由于D与A的摆长相差最大 E与A的摆长相等 所以D的振幅最小 E发生共振 振幅最大 选项A错误 B正确 答案BD 例4如图4表示一弹簧振子做受迫振动时的振幅与驱动力频率的关系 由图可知 A 驱动力频率为f2时 振子处于共振状态B 驱动力频率为f3时 振子的振动频率为f3C 假如让振子自由振动 它的频率为f2D 振子做自由振动时 频率可以为f1 f2 f3 图4 解析由题图可知当驱动力的频率为f2时 振子的振幅最大 即振子发生共振现象 故A正确 由共振条件知振子的固有频率为f2 所以C正确 D错误 振子做受迫振动时 振动频率由驱动力的频率决定 故B正确 答案ABC 对阻尼振动的理解1 若空气阻力不可忽略 单摆在偏角很小的摆动中 总是减小的物理量为 A 振幅B 位移C 周期D 机械能 解析有空气阻力时 振动为阻尼振动 振幅不断减小 机械能也不断减小 位移做周期性变化 不是一直减小 根据单摆周期公式T 2 l g不变 则T不变 故选项A D正确 AD 2 如图5所示是单摆做阻尼振动的位移 时间图线 下列说法中正确的是 A 摆球在P与N时刻的势能相等B 摆球在P与N时刻的动能相等C 摆球在P与N时刻的机械能相等D 摆球在P时刻的机械能小于N时刻的机械能 图5 解析由于摆球的势能大小由其位移和摆球质量共同决定 P N两时刻位移大小相同 所以势能相等 A正确 由于系统机械能在减少 P N两时刻势能相同 则P时刻动能大于N时刻动能 所以B C D错 答案A 对受迫振动的理解3 如图6所示 曲轴上悬挂一弹簧振子 转动摇把 曲轴可以带动弹簧振子上下振动 开始时不转动摇把 让振子上下自由振动 测得振动频率为2Hz 然后匀速转动摇把 转速为240r min 当振子振动稳定后 它的振动周期为 图6 解析受迫振动的周期等于驱动力的周期 n 4r s 故T s 答案B 对共振的理解4 一个单摆做受迫振动 其共振曲线 振幅A与驱动力的频率f的关系 如图7所示 则 A 此单摆的固有周期约为0 5sB 此单摆的摆长约为1mC 若摆长增大 单摆的固有频率增大D 若摆长增大 共振曲线的峰将向右移动 图7 解析由共振条件知单摆固有频率为f 0 5Hz 则其固有周期为T 2s 选项A错 由单摆周期公式T 2 可求得单摆摆长为l 1m 选项B对 摆长增大 单摆的周期变大 其固有频率变小 共振曲线的峰将向左移动 选项C D错 答案B 。