2017滬科版高中物理選修（3-4）1.4《受迫振動與共振》word學(xué)案

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1、1.4受迫振動與共振[學(xué)習(xí)目標(biāo)定位]　1.知道阻尼振動和無阻尼振動并能從能量的觀點給予說明.2.知道受迫振動的概念，知道受迫振動的頻率等于驅(qū)動力的頻率，而跟振動物體的固有頻率無關(guān).3.理解共振的概念，知道常見的共振的應(yīng)用和危害．1．振幅是表示振動強弱的物理量．對同一振動系統(tǒng)，振幅越大，表示振動系統(tǒng)的能量越大．2．簡諧運動是一種理想化的振動狀態(tài)，沒有考慮阻力做功，即沒有能量損失．彈簧振子和單擺在振動過程中動能和勢能不斷轉(zhuǎn)化，機械能守恒(忽略阻力的作用)．3．振動系統(tǒng)在振動過程中由于受到介質(zhì)阻力作用而不斷損失機械

2、能，致使振幅不斷減小，這種振動叫做阻尼振動．4．振動系統(tǒng)在周期性變化的外力作用下，得到了能量補償，使振動持續(xù)下去，這種外力叫做驅(qū)動力，系統(tǒng)在周期性變化的驅(qū)動力作用下的振動叫做受迫振動．5．振子做自由振動時的頻率叫做振動系統(tǒng)的固有頻率．6．物體做受迫振動時，振動穩(wěn)定后的頻率等于驅(qū)動力的頻率，跟物體自身的固有頻率無關(guān)．7．當(dāng)驅(qū)動力的頻率跟物體的固有頻率相等時，物體做受迫振動的振幅最大，這種現(xiàn)象叫做共振.一、振動中的能量損失[問題設(shè)計]1．在研究彈簧振子和單擺振動時，我們強調(diào)忽略阻力的影響，它們做的振動都屬于簡諧運

3、動．如圖1所示，置于空氣中的彈簧振子振動時，它的振幅有沒有變化？它會一直振動下去嗎？圖1答案　振子在空氣中振動時，振幅緩慢減小，最終會停止振動．2．若將振子浸沒在水中，振子的振動情況有什么明顯變化？答案　振子在水中振動時，會發(fā)現(xiàn)振幅明顯減小，振動很快停止．[要點提煉]1．對阻尼振動的理解(1)同一簡諧運動能量的大小由振幅的大小確定．(2)阻尼振動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)物體做阻尼振動時，振幅雖不斷減小，但振動的頻率仍由自身結(jié)構(gòu)特點所決定，并不會隨振幅的減小而變化．

4、例如，用力敲鑼，由于鑼受到空氣的阻尼作用，振幅越來越小，鑼聲減弱，但音調(diào)不變．(4)阻尼振動若在一段不太長的時間內(nèi)振幅沒有明顯的減小，可以把它當(dāng)作簡諧運動來處理．2．阻尼振動和無阻尼振動的比較振動類型比較內(nèi)容阻尼振動無阻尼振動產(chǎn)生條件　受到阻力作用不受阻力作用或受到阻力作用，但外界補充能量振幅如果沒有能量補充，物體的振幅會越來越小　振幅不變振動圖像實例用錘敲鑼，由于鑼的振動，發(fā)出響亮的鑼聲，但鑼聲越來越弱，振幅越來越小，屬阻尼振動彈簧振子的振動，單擺的振動例1　一單擺做阻尼振動，則在振動過程中(　　)A．振幅

5、越來越小，周期也越來越小B．振幅越來越小，周期不變C．在振動過程中，通過某一位置時，機械能始終不變D．在振動過程中，機械能不守恒，周期不變解析　該題考查阻尼振動的能量和周期．因單擺做阻尼振動，所以振幅越來越小，機械能越來越小，振動周期不變．答案　BD二、受迫振動[問題設(shè)計]如圖2所示，若把彈簧振子掛在曲軸上，然后均勻轉(zhuǎn)動曲軸，等到振動穩(wěn)定后發(fā)現(xiàn)振幅不會減小，而且彈簧振子的頻率與曲軸轉(zhuǎn)動頻率相等．當(dāng)改變曲軸轉(zhuǎn)動頻率時，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減??？(2)振子受迫振動的頻率與振子的

6、固有頻率、驅(qū)動力的頻率之間有什么關(guān)系？答案　(1)因為驅(qū)動力對其做功，周期性的補充能量，故振子的振幅不會減?。?2)振子受迫振動的頻率與驅(qū)動力的頻率相等，與振子的固有頻率無關(guān)．[要點提煉]1．受迫振動加在振動系統(tǒng)上的周期性外力，叫做驅(qū)動力．系統(tǒng)在驅(qū)動力作用下的振動叫做受迫振動．2．受迫振動的周期和頻率物體做受迫振動時，振動穩(wěn)定后的頻率等于驅(qū)動力的頻率，跟物體的固有頻率無關(guān)．例2　如圖3所示，曲軸上懸掛一彈簧振子，轉(zhuǎn)動搖把，曲軸可以帶動彈簧振子上下振動．開始時不轉(zhuǎn)動搖把，讓振子上下自由振動，測得振動頻率為2Hz

7、，然后勻速轉(zhuǎn)動搖把，轉(zhuǎn)速為240r/min，當(dāng)振子振動穩(wěn)定后，它的振動周期為(　　)圖3A.sB.sC．2sD．4s解析　受迫振動的周期等于驅(qū)動力的周期，故T＝s＝s.答案　B三、共振及其產(chǎn)生的條件[問題設(shè)計]如圖4所示，幾個不同的單擺懸掛在同一根較粗的繩子上，其中A、D擺長相等，使A擺擺動起來后，A擺的振動帶動繩子做同樣頻率的晃動，就給了其他幾個擺周期性變化的驅(qū)動力，使它們都振動起來．圖4(1)B、C、D、E擺振動的頻率是否相等？等于什么？(2)可觀察到D的振幅最大，由此得出什么結(jié)論？答案　(1)B、C、D

8、、E擺振動的頻率都相等，等于A的振動頻率．(2)當(dāng)驅(qū)動力頻率跟物體固有頻率相等時，物體做受迫振動的振幅最大．[要點提煉]1．共振的條件驅(qū)動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)動力的頻率，縱坐標(biāo)為受迫振動物體的振幅．圖5由共振曲線可知，當(dāng)驅(qū)動力的頻率與物體的固有頻率相等時，受迫振動的振幅最大．3．共振的利用與防止(1)利用：由共振的條件知，要利用共振，