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《2017年高中物理第1章機(jī)械振動(dòng)1.4受迫振動(dòng)與共振學(xué)案滬科版選修3》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、4 受迫振動(dòng)與共振[學(xué)習(xí)目標(biāo)定位] 1.知道阻尼振動(dòng)和無(wú)阻尼振動(dòng)并能從能量的觀點(diǎn)給予說(shuō)明.2.知道受迫振動(dòng)的概念，知道受迫振動(dòng)的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，而跟振動(dòng)物體的固有頻率無(wú)關(guān).3.理解共振的概念，知道常見(jiàn)的共振的應(yīng)用和危害．1．振幅是表示振動(dòng)強(qiáng)弱的物理量．對(duì)同一振動(dòng)系統(tǒng)，振幅越大，表示振動(dòng)系統(tǒng)的能量越大．2．簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是一種理想化的振動(dòng)狀態(tài)，沒(méi)有考慮阻力做功，即沒(méi)有能量損失．彈簧振子和單擺在振動(dòng)過(guò)程中動(dòng)能和勢(shì)能不斷轉(zhuǎn)化，機(jī)械能守恒(忽略阻力的作用)．3．振動(dòng)系統(tǒng)在振動(dòng)過(guò)程中由于受到介質(zhì)阻力作用而不斷損失
2、機(jī)械能，致使振幅不斷減小，這種振動(dòng)叫做阻尼振動(dòng)．4．振動(dòng)系統(tǒng)在周期性變化的外力作用下，得到了能量補(bǔ)償，使振動(dòng)持續(xù)下去，這種外力叫做驅(qū)動(dòng)力，系統(tǒng)在周期性變化的驅(qū)動(dòng)力作用下的振動(dòng)叫做受迫振動(dòng)．5．振子做自由振動(dòng)時(shí)的頻率叫做振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率．6．物體做受迫振動(dòng)時(shí)，振動(dòng)穩(wěn)定后的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，跟物體自身的固有頻率無(wú)關(guān)．7．當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率跟物體的固有頻率相等時(shí)，物體做受迫振動(dòng)的振幅最大，這種現(xiàn)象叫做共振.一、振動(dòng)中的能量損失[問(wèn)題設(shè)計(jì)]1．在研究彈簧振子和單擺振動(dòng)時(shí)，我們強(qiáng)調(diào)忽略阻力的影響，它們做的振動(dòng)都
3、屬于簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)．如圖1所示，置于空氣中的彈簧振子振動(dòng)時(shí)，它的振幅有沒(méi)有變化？它會(huì)一直振動(dòng)下去嗎？圖1答案 振子在空氣中振動(dòng)時(shí)，振幅緩慢減小，最終會(huì)停止振動(dòng)．2．若將振子浸沒(méi)在水中，振子的振動(dòng)情況有什么明顯變化？答案 振子在水中振動(dòng)時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)振幅明顯減小，振動(dòng)很快停止．[要點(diǎn)提煉]1．對(duì)阻尼振動(dòng)的理解(1)同一簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)能量的大小由振幅的大小確定．(2)阻尼振動(dòng)中振幅減小的快慢跟所受阻尼的大小有關(guān)，阻尼越大，振幅減小得越快．(3)物體做阻尼振動(dòng)時(shí)，振幅雖不斷減小，但振動(dòng)的頻率仍由自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)所決定，并不會(huì)隨振
4、幅的減小而變化．例如，用力敲鑼，由于鑼受到空氣的阻尼作用，振幅越來(lái)越小，鑼聲減弱，但音調(diào)不變．(4)阻尼振動(dòng)若在一段不太長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)振幅沒(méi)有明顯的減小，可以把它當(dāng)作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)來(lái)處理．2．阻尼振動(dòng)和無(wú)阻尼振動(dòng)的比較振動(dòng)類型比較內(nèi)容阻尼振動(dòng)無(wú)阻尼振動(dòng)產(chǎn)生條件 受到阻力作用不受阻力作用或受到阻力作用，但外界補(bǔ)充能量振幅如果沒(méi)有能量補(bǔ)充，物體的振幅會(huì)越來(lái)越小 振幅不變振動(dòng)圖像實(shí)例用錘敲鑼，由于鑼的振動(dòng)，發(fā)出響亮的鑼聲，但鑼聲越來(lái)越弱，振幅越來(lái)越小，屬阻尼振動(dòng)彈簧振子的振動(dòng)，單擺的振動(dòng)例1 一單擺做阻尼振動(dòng)，則在振動(dòng)
5、過(guò)程中( )A．振幅越來(lái)越小，周期也越來(lái)越小B．振幅越來(lái)越小，周期不變C．在振動(dòng)過(guò)程中，通過(guò)某一位置時(shí)，機(jī)械能始終不變D．在振動(dòng)過(guò)程中，機(jī)械能不守恒，周期不變解析 該題考查阻尼振動(dòng)的能量和周期．因單擺做阻尼振動(dòng)，所以振幅越來(lái)越小，機(jī)械能越來(lái)越小，振動(dòng)周期不變．答案 BD二、受迫振動(dòng)[問(wèn)題設(shè)計(jì)]如圖2所示，若把彈簧振子掛在曲軸上，然后均勻轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸，等到振動(dòng)穩(wěn)定后發(fā)現(xiàn)振幅不會(huì)減小，而且彈簧振子的頻率與曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)頻率相等．當(dāng)改變曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)頻率時(shí)，振子的頻率也隨之發(fā)生變化．圖2(1)為什么振子的振幅不會(huì)減??？(2
6、)振子受迫振動(dòng)的頻率與振子的固有頻率、驅(qū)動(dòng)力的頻率之間有什么關(guān)系？答案 (1)因?yàn)轵?qū)動(dòng)力對(duì)其做功，周期性的補(bǔ)充能量，故振子的振幅不會(huì)減?。?2)振子受迫振動(dòng)的頻率與驅(qū)動(dòng)力的頻率相等，與振子的固有頻率無(wú)關(guān)．[要點(diǎn)提煉]1．受迫振動(dòng)加在振動(dòng)系統(tǒng)上的周期性外力，叫做驅(qū)動(dòng)力．系統(tǒng)在驅(qū)動(dòng)力作用下的振動(dòng)叫做受迫振動(dòng)．2．受迫振動(dòng)的周期和頻率物體做受迫振動(dòng)時(shí)，振動(dòng)穩(wěn)定后的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，跟物體的固有頻率無(wú)關(guān)．例2 如圖3所示，曲軸上懸掛一彈簧振子，轉(zhuǎn)動(dòng)搖把，曲軸可以帶動(dòng)彈簧振子上下振動(dòng)．開(kāi)始時(shí)不轉(zhuǎn)動(dòng)搖把，讓振子
7、上下自由振動(dòng)，測(cè)得振動(dòng)頻率為2Hz，然后勻速轉(zhuǎn)動(dòng)搖把，轉(zhuǎn)速為240r/min，當(dāng)振子振動(dòng)穩(wěn)定后，它的振動(dòng)周期為( )圖3A.sB.sC．2sD．4s解析 受迫振動(dòng)的周期等于驅(qū)動(dòng)力的周期，故T＝s＝s.答案 B三、共振及其產(chǎn)生的條件[問(wèn)題設(shè)計(jì)]如圖4所示，幾個(gè)不同的單擺懸掛在同一根較粗的繩子上，其中A、D擺長(zhǎng)相等，使A擺擺動(dòng)起來(lái)后，A擺的振動(dòng)帶動(dòng)繩子做同樣頻率的晃動(dòng)，就給了其他幾個(gè)擺周期性變化的驅(qū)動(dòng)力，使它們都振動(dòng)起來(lái)．圖4(1)B、C、D、E擺振動(dòng)的頻率是否相等？等于什么？(2)可觀察到D的振幅最大，
8、由此得出什么結(jié)論？答案 (1)B、C、D、E擺振動(dòng)的頻率都相等，等于A的振動(dòng)頻率．(2)當(dāng)驅(qū)動(dòng)力頻率跟物體固有頻率相等時(shí)，物體做受迫振動(dòng)的振幅最大．[要點(diǎn)提煉]1．共振的條件驅(qū)動(dòng)力的頻率與物體的固有頻率相等，即f＝f固．2．共振曲線如圖5所示，共振曲線的橫坐標(biāo)為驅(qū)動(dòng)力的頻率，縱坐標(biāo)為受迫振動(dòng)物體的振幅．圖5由共振曲線可知，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率與物體的固有頻率相等時(shí)，受迫振動(dòng)的振幅最大．3．共振的利用與防止(1)利用：由共振的條件知，要利用共振，就
