人教版選修34 第11章第5節(jié)外力作用下的振動(dòng) 學(xué)案.doc

11.5外力作用下的振動(dòng)學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識(shí) 脈 絡(luò)1.知道阻尼振動(dòng)和阻尼振動(dòng)能量的轉(zhuǎn)化情況2知道什么是受迫振動(dòng)及產(chǎn)生條件，掌握物體做受迫振動(dòng)的特點(diǎn)(重點(diǎn))3知道共振現(xiàn)象，掌握產(chǎn)生共振的條件，知道常見的共振的應(yīng)用和危害(重點(diǎn))固有振動(dòng)、阻尼振動(dòng)1固有振動(dòng)如果振動(dòng)系統(tǒng)不受外力的作用，此時(shí)的振動(dòng)叫做固有振動(dòng)，其振動(dòng)頻率稱為固有頻率2阻尼振動(dòng)(1)阻力作用下的振動(dòng)當(dāng)振動(dòng)系統(tǒng)受到阻力的作用時(shí)，振動(dòng)受到了阻尼，系統(tǒng)克服阻尼的作用要做功，消耗機(jī)械能，因而振幅減小，最后停下來(2)阻尼振動(dòng)振幅逐漸減小的振動(dòng)振動(dòng)系統(tǒng)受到的阻尼越大，振幅減小得越快，阻尼振動(dòng)的圖象如圖1151所示，振幅越來越小，最后停止振動(dòng)圖11511固有頻率由系統(tǒng)本身決定()2阻尼振動(dòng)的頻率不斷減小()3阻尼振動(dòng)的振幅不斷減小()1阻尼振動(dòng)的振幅在減小的過程中，頻率是否隨著減小？【提示】阻尼振動(dòng)的振動(dòng)頻率保持不變2若物體所做的振動(dòng)是等幅振動(dòng)，此物體一定是無阻尼振動(dòng)嗎？【提示】不一定區(qū)分阻尼與無阻尼的條件是分析振子受不受阻力，而不是看振幅，若受阻力作用同時(shí)也有外力給系統(tǒng)做功補(bǔ)充能量時(shí)，也能保證振動(dòng)物體做等幅振動(dòng)阻尼振動(dòng)與簡諧運(yùn)動(dòng)(無阻尼振動(dòng))的比較振動(dòng)類型阻尼振動(dòng)無阻尼振動(dòng)(簡諧運(yùn)動(dòng))產(chǎn)生條件受到阻力作用不受阻力作用振動(dòng)能量振動(dòng)能量有損失振動(dòng)能量保持不變振幅如果沒有能量補(bǔ)充，振幅越來越小振幅不變頻率不變不變振動(dòng)圖象常見例子懸掛的電燈被風(fēng)吹動(dòng)后開始振動(dòng)，振幅越來越小，屬于阻尼振動(dòng)彈簧振子的振動(dòng)1一單擺做阻尼振動(dòng)，則在振動(dòng)過程中()a振幅越來越小，周期也越來越小b振幅越來越小，周期不變c通過某一位置時(shí)，機(jī)械能減小d機(jī)械能不守恒，周期不變e機(jī)械能守恒，頻率不變【解析】單擺做阻尼振動(dòng)時(shí)，振幅會(huì)減小，機(jī)械能減小，振動(dòng)周期不變，故選項(xiàng)b、c、d對， a、e錯(cuò)【答案】bcd2一單擺在空氣中振動(dòng)，振幅逐漸減小下列說法正確的是() 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：23570028】a機(jī)械能逐漸轉(zhuǎn)化為其他形式的能b后一時(shí)刻的動(dòng)能一定小于前一時(shí)刻的動(dòng)能c后一時(shí)刻的勢能一定小于前一時(shí)刻的勢能d后一時(shí)刻的機(jī)械能一定小于前一時(shí)刻的機(jī)械能e后一時(shí)刻的動(dòng)能可能大于前一時(shí)刻的動(dòng)能【答案】ade3如圖1152所示是單擺做阻尼振動(dòng)的振動(dòng)圖線圖1152則擺球a時(shí)刻的動(dòng)能_b時(shí)刻的動(dòng)能，擺球a時(shí)刻的勢能_b時(shí)刻的勢能【答案】大于等于阻尼振動(dòng)的能量和周期(1)阻尼振動(dòng)的振幅不斷減小，能量不斷減少，但阻尼振動(dòng)的頻率不變，其頻率為固有頻率，由系統(tǒng)本身決定(2)自由振動(dòng)是一種理想情況，也叫簡諧運(yùn)動(dòng).實(shí)際中的振動(dòng)都會(huì)受到阻力的作用，當(dāng)阻力較小時(shí)，可認(rèn)為是簡諧運(yùn)動(dòng).(3)阻尼振動(dòng)中，機(jī)械能e等于動(dòng)能ek和勢能ep之和，即eekep，e減小，但動(dòng)能和勢能相互轉(zhuǎn)化，當(dāng)ep相等，ek不相等，而從振動(dòng)圖象上可能確定ep的關(guān)系.受迫振動(dòng)、共振1受迫振動(dòng)(1)驅(qū)動(dòng)力：作用于振動(dòng)系統(tǒng)的周期性的外力(2)受迫振動(dòng)：振動(dòng)系統(tǒng)在驅(qū)動(dòng)力作用下的振動(dòng)(3)受迫振動(dòng)的頻率：做受迫振動(dòng)的系統(tǒng)振動(dòng)穩(wěn)定后，其振動(dòng)頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，跟系統(tǒng)的固有頻率沒有關(guān)系 2.共振(1)定義：驅(qū)動(dòng)力的頻率等于振動(dòng)物體的固有頻率時(shí)，受迫振動(dòng)的振幅最大的現(xiàn)象(2)條件：驅(qū)動(dòng)力頻率等于系統(tǒng)的固有頻率(3)特征：共振時(shí)受迫振動(dòng)的振幅最大(4)共振曲線：如圖1153所示表示受迫振動(dòng)的振幅a與驅(qū)動(dòng)力頻率f的關(guān)系圖象，圖中f0為振動(dòng)物體的固有頻率圖11531受迫振動(dòng)的頻率等于振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率()2驅(qū)動(dòng)力頻率越大，振幅越大()3生活中應(yīng)盡量使驅(qū)動(dòng)力的頻率接近振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率()1洗衣機(jī)啟動(dòng)和停止時(shí)，隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，有時(shí)洗衣機(jī)會(huì)振動(dòng)得很厲害，這是什么原因？【提示】當(dāng)洗衣機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率等于洗衣機(jī)的固有頻率時(shí)，發(fā)生了共振現(xiàn)象，這時(shí)洗衣機(jī)振動(dòng)得很厲害2要防止共振，需要采取什么措施？【提示】盡量使驅(qū)動(dòng)力的頻率與固有頻率間的差距增大1自由振動(dòng)、受迫振動(dòng)及共振的比較振動(dòng)類型自由振動(dòng)受迫振動(dòng)共振受力情況僅受回復(fù)力周期性驅(qū)動(dòng)力周期性驅(qū)動(dòng)力振動(dòng)周期或頻率由系統(tǒng)本身性質(zhì)決定，即固有周期或固有頻率由驅(qū)動(dòng)力的周期或頻率決定，即tt驅(qū)或ff驅(qū)t驅(qū)t固或f驅(qū)f固振動(dòng)能量振動(dòng)物體的機(jī)械能不變由產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力的物體提供振動(dòng)物體獲得的能量最大常見例子彈簧振子或單擺機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)底座發(fā)生的振動(dòng)共振篩、聲音的共鳴等2共振曲線的理解和應(yīng)用(1)兩坐標(biāo)軸的意義：縱軸：受迫振動(dòng)的振幅，如圖1154所示橫軸：驅(qū)動(dòng)力頻率圖1154(2)f0的意義：表示固有頻率(3)認(rèn)識(shí)曲線形狀：ff0，共振；ff0或ff0，振幅較??；f與f0相差越大，振幅越小(4)結(jié)論：驅(qū)動(dòng)力的頻率f越接近振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率f0，受迫振動(dòng)的振幅越大，反之振幅越小4.如圖1155所示為受迫振動(dòng)的演示裝置，當(dāng)單擺a振動(dòng)起來后，通過水平懸繩迫使單擺b、c振動(dòng)，則下列說法正確的是()圖1155a只有a、c擺振動(dòng)周期相等ba擺的振幅比b擺的小cb擺的振幅比c擺的小da、b、c三擺的振動(dòng)周期相等eb、c兩擺振動(dòng)時(shí)的振幅與其擺長有關(guān)，而周期與擺長無關(guān)【答案】cde5.如圖1156所示為兩個(gè)單擺受迫振動(dòng)的共振曲線兩個(gè)單擺的固有周期之比為tt_.若兩個(gè)受迫振動(dòng)分別在月球上和地球上進(jìn)行，且擺長相等，則圖線_是月球上的單擺的共振曲線. 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：23570029】圖1156【答案】526如圖1157所示，在曲軸a上懸掛一個(gè)彈簧振子，如果轉(zhuǎn)動(dòng)把手，曲軸可以帶動(dòng)彈簧振子上下振動(dòng)問：圖1157(1)開始時(shí)不轉(zhuǎn)動(dòng)把手，而用手往下拉振子，然后放手讓振子上下振動(dòng)，測得振子在10 s內(nèi)完成20次全振動(dòng)，振子做什么振動(dòng)？其固有周期和固有頻率各是多少？若考慮摩擦和空氣阻力，振子做什么振動(dòng)？(2)在振子正常振動(dòng)過程中，以轉(zhuǎn)速4 r/s勻速轉(zhuǎn)動(dòng)把手，振子的振動(dòng)穩(wěn)定后，振子做什么運(yùn)動(dòng)？其周期是多少？【答案】(1)簡諧運(yùn)動(dòng)0.5 s2 hz阻尼振動(dòng)(2)受迫振動(dòng)0.25 s1分析受迫振動(dòng)的方法(1)在分析受迫振動(dòng)時(shí)，首先要弄清驅(qū)動(dòng)力的來源(2)受迫振動(dòng)的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，與物體的固有頻率