高二物理簡諧運動的能量、阻尼振動 受迫振動共振知識精講 人教版

《高二物理簡諧運動的能量、阻尼振動 受迫振動共振知識精講 人教版》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、高二物理簡諧運動的能量、阻尼振動受迫振動共振知識精講人教版一.本周教學(xué)內(nèi)容第五節(jié)簡諧運動的能量、阻尼振動第六節(jié)受迫振動共振二.知識要點知道振幅越大，振動能量越大。能根據(jù)機械能守恒計算單擺的重力勢能與動能。定性說明彈簧振子的彈性勢能與動能的轉(zhuǎn)化。知道什么是阻尼振動，知道阻尼振動中能量的轉(zhuǎn)化情況。知道在什么情況下可以把實際發(fā)生的振動看作簡諧運動。知道什么是受迫振動，知道受迫振動頻率等于驅(qū)動力的頻率。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、難點解析1.簡諧運動的能量不考慮摩擦和介質(zhì)阻力，振動系統(tǒng)（自由振動系統(tǒng)）的機械能守恒。自由振動系統(tǒng)，在振動過程中動能與勢能互相

2、轉(zhuǎn)變，在位移最大時勢能最大，在位移最小時動能最大。此時動能數(shù)值等于最大勢能值。改變振動的振幅，即是改變振動的最大勢能，也就是改變了振動的能量，所以振動能量與振幅有關(guān)，振幅越大則振動能量越大。自由振動的簡諧運動，振幅保持不變。2.阻尼振動振幅逐漸減小的振動叫阻尼振動。形成阻尼振動的原因是振動物體受到阻尼（摩擦和其它阻力），克服阻尼做功，機械能減小。由于振動周期與回復(fù)力有關(guān)，即與位移有關(guān)系的那個力有關(guān)，與質(zhì)量有關(guān)，而受阻尼時，與位移有關(guān)的力不改變，質(zhì)量不改變，所以周期不改變。所以振動圖像是幅度減小而周期不變的曲線，阻尼振動振幅減小的快慢與阻尼大小有關(guān)。阻尼大振幅減小地快。若一段時間內(nèi)振

3、幅減小不明顯改變，可以看作簡諧運動。若能夠根據(jù)物體振動中消耗的能量多少，適時不斷地補充能量，物體仍能做簡諧運動。3.受迫振動物體受外界驅(qū)動力作用，發(fā)生的振動叫受迫振動。一般物體受阻力作用，若要維持不停地振動，就需外力驅(qū)動，所以能做等幅振動都是受迫振動。如電鈴的振球的振動，縫紉機機針的運動，鐘擺的運動，面粉機，洗煤機的篩子的運動。由于受迫振動是在外力強迫下的振動，頻率由驅(qū)動力決定。跟系統(tǒng)的固有頻率無關(guān)。受迫振動的振幅與驅(qū)動力的頻率和固有頻率有關(guān)。驅(qū)動力在第1個周期做正功，則第2個周期還做正功。振動的能量在每個周期都能增加，所以當驅(qū)動力的周期與振動物體的固有周期相等時，振幅最大，這種現(xiàn)

4、象叫共振。驅(qū)動力的頻率連續(xù)變化，物體受迫振動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。如樂器利用音箱的共鳴使樂器發(fā)聲更哄亮。振動打樁機，利用機頭和振動，使樁也振動，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時用振搗棒帶混凝土的砂石振動，排出內(nèi)部的汽泡，使混凝土密實。很多場合共振構(gòu)成威脅。人體受外力頻率在2十幾赫到三、四十赫，人感覺最難受。機器工作如果動力的頻率等于或接近固有頻率振動最強，會把機器振散。為了避免共振造成的危害，使機器的固有頻率遠離驅(qū)動力的頻率?！镜湫屠}】[例1]擺長為的單擺做小角度擺動，若擺球的質(zhì)量為m，最

5、大擺角則（1）擺球經(jīng)過圓弧最低點時的速度多大？（2）擺球從最大位移處向平衡位置運動過程中，重力的沖量多大？合力的沖量多大？（3）擺球動能變化的周期是多大？解析：（1）擺球擺，最大位移點為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，單擺小角度振動為簡諧運動，機械能守恒。取O為零勢位，設(shè)擺球在O點速度大小為v，把代入得（2）擺球從最大位移向平衡位置運動時間為，，重力沖量由動量定理知（3）由于單擺振動一個周期內(nèi)2次做正功，2次做負功且互相間隔，即重力做正功的周期為振動周期的一半?！嗾駝幼兓闹芷跒辄c評：在解（2）中合力是變力，現(xiàn)階段不能由定義求合力的沖量。用動量定理能

6、求。解（3）時注意是動能轉(zhuǎn)變周期不是速度變化周期，只考慮速率變化周期，由動能定理能確定動能變化周期。另外在簡諧運動中描述運動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諧運動，振子質(zhì)量為m，最大速度為v，下列敘述中正確的是（）A.從某時刻起，在半個周期內(nèi)，彈力的功一定為零B.從某時刻起，在半個周期內(nèi)，彈力的功可能是零到之間的某個值C.從某時刻起，在半個周期內(nèi)，彈力沖量一定為零D.從某時刻起，在半個周期內(nèi)，彈力的沖量可能是零到之間的某個值解析：做簡諧運動的彈簧振子，不論從哪個位置開始計時，每半個周期的始、末時刻，振子的速度大小、動能大小一定相同，因此半

7、個周期內(nèi)，初末狀態(tài)動能變化為零，彈力功為零，A選項正確。若振子從最大位移處開始計時，經(jīng)半個周期速度由零增大、減小為零，動量改變?yōu)榱?，外力沖量為零。若振子從平衡位置開始計時，初動量為經(jīng)半個周期末動量為，前后動量改變?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)動搖把，可以帶動彈簧振子上下振動。（1）不搖動曲軸，振子在10s內(nèi)完成20次全振動，振動周期、頻率各是