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《高二物理簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的能量、阻尼振動(dòng) 受迫振動(dòng)共振知識(shí)精講 人教版》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。
1、高二物理簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的能量、阻尼振動(dòng)受迫振動(dòng)共振知識(shí)精講人教版一.本周教學(xué)內(nèi)容第五節(jié)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的能量、阻尼振動(dòng)第六節(jié)受迫振動(dòng)共振二.知識(shí)要點(diǎn)知道振幅越大，振動(dòng)能量越大。能根據(jù)機(jī)械能守恒計(jì)算單擺的重力勢(shì)能與動(dòng)能。定性說(shuō)明彈簧振子的彈性勢(shì)能與動(dòng)能的轉(zhuǎn)化。知道什么是阻尼振動(dòng)，知道阻尼振動(dòng)中能量的轉(zhuǎn)化情況。知道在什么情況下可以把實(shí)際發(fā)生的振動(dòng)看作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。知道什么是受迫振動(dòng)，知道受迫振動(dòng)頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率。知道什么是共振及發(fā)生共振的條件，知道共振的預(yù)防與應(yīng)用。三.重點(diǎn)、難點(diǎn)解析1.簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的能量不考慮摩擦和介質(zhì)阻力，振動(dòng)系統(tǒng)（自由振動(dòng)系統(tǒng)）的機(jī)械能守恒。自由振動(dòng)系統(tǒng)，在振動(dòng)過(guò)程中動(dòng)能與勢(shì)能互相
2、轉(zhuǎn)變，在位移最大時(shí)勢(shì)能最大，在位移最小時(shí)動(dòng)能最大。此時(shí)動(dòng)能數(shù)值等于最大勢(shì)能值。改變振動(dòng)的振幅，即是改變振動(dòng)的最大勢(shì)能，也就是改變了振動(dòng)的能量，所以振動(dòng)能量與振幅有關(guān)，振幅越大則振動(dòng)能量越大。自由振動(dòng)的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，振幅保持不變。2.阻尼振動(dòng)振幅逐漸減小的振動(dòng)叫阻尼振動(dòng)。形成阻尼振動(dòng)的原因是振動(dòng)物體受到阻尼（摩擦和其它阻力），克服阻尼做功，機(jī)械能減小。由于振動(dòng)周期與回復(fù)力有關(guān)，即與位移有關(guān)系的那個(gè)力有關(guān)，與質(zhì)量有關(guān)，而受阻尼時(shí)，與位移有關(guān)的力不改變，質(zhì)量不改變，所以周期不改變。所以振動(dòng)圖像是幅度減小而周期不變的曲線，阻尼振動(dòng)振幅減小的快慢與阻尼大小有關(guān)。阻尼大振幅減小地快。若一段時(shí)間內(nèi)振
3、幅減小不明顯改變，可以看作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。若能夠根據(jù)物體振動(dòng)中消耗的能量多少，適時(shí)不斷地補(bǔ)充能量，物體仍能做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。3.受迫振動(dòng)物體受外界驅(qū)動(dòng)力作用，發(fā)生的振動(dòng)叫受迫振動(dòng)。一般物體受阻力作用，若要維持不停地振動(dòng)，就需外力驅(qū)動(dòng)，所以能做等幅振動(dòng)都是受迫振動(dòng)。如電鈴的振球的振動(dòng)，縫紉機(jī)機(jī)針的運(yùn)動(dòng)，鐘擺的運(yùn)動(dòng)，面粉機(jī)，洗煤機(jī)的篩子的運(yùn)動(dòng)。由于受迫振動(dòng)是在外力強(qiáng)迫下的振動(dòng)，頻率由驅(qū)動(dòng)力決定。跟系統(tǒng)的固有頻率無(wú)關(guān)。受迫振動(dòng)的振幅與驅(qū)動(dòng)力的頻率和固有頻率有關(guān)。驅(qū)動(dòng)力在第1個(gè)周期做正功，則第2個(gè)周期還做正功。振動(dòng)的能量在每個(gè)周期都能增加，所以當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的周期與振動(dòng)物體的固有周期相等時(shí)，振幅最大，這種現(xiàn)
4、象叫共振。驅(qū)動(dòng)力的頻率連續(xù)變化，物體受迫振動(dòng)的振幅也隨著變化振幅的變可用曲線表示。4.共振的應(yīng)用和預(yù)防共鳴是發(fā)聲物體發(fā)生共振的現(xiàn)象。如樂(lè)器利用音箱的共鳴使樂(lè)器發(fā)聲更哄亮。振動(dòng)打樁機(jī)，利用機(jī)頭和振動(dòng)，使樁也振動(dòng)，與土地的接觸變成斷續(xù)的從而能減小阻力，建筑工地澆鑄混凝土?xí)r用振搗棒帶混凝土的砂石振動(dòng)，排出內(nèi)部的汽泡，使混凝土密實(shí)。很多場(chǎng)合共振構(gòu)成威脅。人體受外力頻率在2十幾赫到三、四十赫，人感覺(jué)最難受。機(jī)器工作如果動(dòng)力的頻率等于或接近固有頻率振動(dòng)最強(qiáng)，會(huì)把機(jī)器振散。為了避免共振造成的危害，使機(jī)器的固有頻率遠(yuǎn)離驅(qū)動(dòng)力的頻率。【典型例題】[例1]擺長(zhǎng)為的單擺做小角度擺動(dòng)，若擺球的質(zhì)量為m，最
5、大擺角則（1）擺球經(jīng)過(guò)圓弧最低點(diǎn)時(shí)的速度多大？（2）擺球從最大位移處向平衡位置運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，重力的沖量多大？合力的沖量多大？（3）擺球動(dòng)能變化的周期是多大？解析：（1）擺球擺，最大位移點(diǎn)為M、N，平衡位置為0。在最大位移處距平衡位置高度不考慮空氣阻力，單擺小角度振動(dòng)為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，機(jī)械能守恒。取O為零勢(shì)位，設(shè)擺球在O點(diǎn)速度大小為v，把代入得（2）擺球從最大位移向平衡位置運(yùn)動(dòng)時(shí)間為，，重力沖量由動(dòng)量定理知（3）由于單擺振動(dòng)一個(gè)周期內(nèi)2次做正功，2次做負(fù)功且互相間隔，即重力做正功的周期為振動(dòng)周期的一半。∴振動(dòng)變化的周期為點(diǎn)評(píng)：在解（2）中合力是變力，現(xiàn)階段不能由定義求合力的沖量。用動(dòng)量定理能
6、求。解（3）時(shí)注意是動(dòng)能轉(zhuǎn)變周期不是速度變化周期，只考慮速率變化周期，由動(dòng)能定理能確定動(dòng)能變化周期。另外在簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中描述運(yùn)動(dòng)的一般物理量都存在周期性變化，同樣要綜合考慮。[例2]彈簧振子在水平方向做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，振子質(zhì)量為m，最大速度為v，下列敘述中正確的是（）A.從某時(shí)刻起，在半個(gè)周期內(nèi)，彈力的功一定為零B.從某時(shí)刻起，在半個(gè)周期內(nèi)，彈力的功可能是零到之間的某個(gè)值C.從某時(shí)刻起，在半個(gè)周期內(nèi)，彈力沖量一定為零D.從某時(shí)刻起，在半個(gè)周期內(nèi)，彈力的沖量可能是零到之間的某個(gè)值解析：做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的彈簧振子，不論從哪個(gè)位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，每半個(gè)周期的始、末時(shí)刻，振子的速度大小、動(dòng)能大小一定相同，因此半
7、個(gè)周期內(nèi)，初末狀態(tài)動(dòng)能變化為零，彈力功為零，A選項(xiàng)正確。若振子從最大位移處開(kāi)始計(jì)時(shí)，經(jīng)半個(gè)周期速度由零增大、減小為零，動(dòng)量改變?yōu)榱?，外力沖量為零。若振子從平衡位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，初動(dòng)量為經(jīng)半個(gè)周期末動(dòng)量為，前后動(dòng)量改變?yōu)?，外力（回?fù)力）的沖量為。所以合力（回復(fù)力）的沖量在零到之間某值。零和也可以。所以D選項(xiàng)正確。應(yīng)選A、D。[例3]如圖所示裝置，在曲軸上懸掛一彈簧振子。若轉(zhuǎn)動(dòng)搖把，可以帶動(dòng)彈簧振子上下振動(dòng)。（1）不搖動(dòng)曲軸，振子在10s內(nèi)完成20次全振動(dòng)，振動(dòng)周期、頻率各是
