11.5 外力作用下的振动课件-2021-2022学年高二上学期物理人教版选修3-4

第十一章 机械振动 11.5外力作用下的振动 教学目标： 通过实验，认识阻尼振动、受迫振动的特点。 01 02 知道发生共振的条件，了解共振的防止和应用 11.5外力作用下的振动 思考：声音为什么能够击碎玻璃杯？ 复习回顾 简谐运动中的能量变化和转化情况是怎样的？振动中的能量跟什么物理量有关？ 振动的能量与振幅有关，振幅越大，振动的能量越大 弹簧振子和单摆是理想化模型，其运动都是简谐运动，动能和势能在发生相互转化，但机械能的总量保持不变，即机械能守恒。 做简谐运动的物体受到的回复力，是振动系统内部的相互作用力。 一.固有周期和固有频率 1.固有振动(自由振动):系统不受外力的作用 简谐运动是一个等幅振动!(无能量损失) 2.固有振动的频率，叫做系统的固有频率. 固有振动的周期叫做系统的固有周期. 弹簧振子： 单 摆： 固有周期和固有频率：由系统本身的性质决定，与振幅大小无关. 振动系统最常见的外力是什么力？ 若在一段不太长的时间内振幅没有明显的减小，可认为是等幅振动——当作简谐运动。 摩擦力或其他阻力 现实生活中是否存在简谐运动？ 演示的实际振动情况 阻尼振动的图像 二、阻尼振动 1、阻尼振动： 振动系统在阻尼（摩擦或其他阻力）作用下的振幅逐渐减小的振动. 2、阻尼振动的图像 振动系统受到的阻尼越大，振幅减小得越快，阻尼过大时，系统将不能发生振动。 3、实际的振动一定是阻尼振动 注意： 阻尼振动中，由于存在阻力，振幅不断减小，故振动系统的机械能将不断减少，那么，振动系统的周期和频率也会发生变化吗？ 思考与讨论1 T T T 振动周期与振幅无关，故阻尼振动中周期和频率不变！ 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＝2π ，l、g不变，则T不变，故选项A、D正确. AD >> 难点剖析 对阻尼振动的理解 思考与讨论2 怎样才能使受阻尼作用的振动物体的振幅不变，且一直振动下去呢？ 用周期性的外力作用于振动系统，补偿系统机械能的损耗，使系统持续地振动下去。 请举出你所知道的受迫振动的例子 振针 针头 三．受迫振动 1、驱动力：作用在振动系统上的周期性外力 2、受迫振动：系统在外界驱动力作用下的振动 跳板在人走过时发生的振动 受迫振动稳定后的频率跟什么有关呢? 受迫振动的(周期)频率与什么因素有关？ 研究表明：物体在外力驱动下振动时，振动稳定后的频率等于驱动力的频率，跟物体的固有频率无关 f振=f驱 思考与讨论3 >> 难点剖析 对受迫振动的理解 观察哪个摆球的振幅最大？ 探究受迫振动的振幅 结论： 驱动力的频率等于振动物体的固有频率时，振幅最大； 驱动力的频率跟固有频率相差越大，振幅越小。 演示：受迫振动和共振 1、定义：驱动力的频率f等于物体的固有频率f0时，受迫振动的振幅最大，这种现象叫做共振。 固 3、受迫振动的特点: f驱= f固时，振幅有最大值； f驱与 f固差别越大时，振幅越小 横轴：表示驱动力的频率 纵轴：表示受迫振动的振幅 2、共振曲线: 四．共振 3.(多选)如图，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.其余四个摆的周期相同 BD >> 难点剖析 对受迫振动、共振的理解 对共振的理解 >> 难点剖析 此单摆的固有周期？ 问：此单摆的固有频率？ 若摆长增大，共振曲线的峰将向左移动 共振现象举例： 声音击碎玻璃杯： 当声音的频率与酒杯的固有频率相等时，酒杯由于共振而爆裂。 桥梁的共振现象 在实际生活中要利用共振时必须采取什么措施？防止呢？ 思考与讨论4 1.应用共振： 应使驱动力的频率接近或等于振动物体的固有频率 2.防止共振： 应使驱动力的频率与物体的固有频率不同，而且相差越大越好 课堂小结 1、阻尼振动：振幅逐渐减小的振动 2、受迫振动:系统在驱动力作用下的振动 特点:受迫振动的频率总等于驱动力的频率。 3、共振: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，这种现象叫做共振。 f驱