1.4生活中的振动 课件 (2)

课件44张PPT。第4节　生活中的振动课前自主学案核心要点突破课堂互动讲练课标定位知能优化训练 第
4
节　课标定位
学习目标：1.知道什么是阻尼振动，了解阻尼振动的图象．
2．知道什么是受迫振动，知道受迫振动的周期取决于驱力的周期．
3．知道什么是共振，理解共振产生的条件，了解共振的利用和防止．
重点难点：1.决定受迫振动的因素；发生共振的条件．
2．受迫振动中振幅随驱动力的变化关系．课前自主学案一、阻尼振动
1．阻尼振动：指振幅不断______的振动．
2．阻尼振动产生的原因：振动系统克服摩擦力和其他阻力做功，系统的机械能不断减小，振幅也不断______，而且振动系统受到的阻尼越大，振幅减小的______．减小减小越快3．阻尼振动的振动图象：如图1－4－1所示，阻尼振动的振幅__________最后停止运动．
4．实际振动的理想化：当阻尼很小时，在不太长的时间内看不出振幅明显减小，于是可以把它当做__________来处理．
图1－4－1不断减小简谐运动二、受迫振动与共振
1．驱动力：给振动物体施加的一个_______的外力．
2．受迫振动：在_________外力作用下的振动．
3．受迫振动的周期或频率
物体做受迫振动时，振动稳定后的周期或频率总等于________的周期或频率，与物体的固有周期或固有频率无关．
4．共振：物体做受迫振动，当驱动力的频率______物体的固有频率时，物体振动的振幅______的现象，叫共振．周期性周期性驱动力等于最大三、共振的应用与防止
1．共振的应用
在应用共振时，应使_____________接近或等于振动系统的__________，振动将更剧烈．
(1)如在修建桥梁时，需要将管柱打入江底．工人常使打桩机打击管柱的频率接近管柱的固有频率，让管柱接近共振状态而激烈振动，加快周围泥沙的松动，提高打桩的质量．
(2)音叉共鸣箱．
(3)核磁共振仪．驱动力频率固有频率2．共振的预防
在防止共振时，驱动力频率与系统的__________相差越大越好．如火车过桥时减速；轮船航行时,常通过改变轮船的航向和速率，使海浪冲击力的频率与轮船的固有频率相差很大，防止船发生共振现象．固有频率思考感悟
用扁担挑水时，有时桶里的水会荡的厉害，甚至从桶中溅出来，这是为什么？如何避免这一现象的发生？
提示：挑水时，由于行走时肩膀的起伏，人通过扁担对水桶的作用，使水受到驱动力而做受迫振动，当驱动力的频率接近(或等于)桶里水的固有频率时,水桶里的水就发生共振，所以水会荡的厉害，以至于飞溅出来．为了避免发生这种现象，就要使驱动力的频率尽量远离桶里水的固有频率，解决的办法有改变行走的步频或停止走动片刻，也可以在桶里放些漂浮物，增大阻尼，使振动系统克服阻力做功，消耗部分机械能，以减小水的振幅．核心要点突破一、阻尼振动和无阻尼振动的比较特别提醒：物体做阻尼振动时，振幅虽不断减小，但振动的频率仍由自身结构特点所决定，并不会随振幅的减小而变化．即时应用 (即时突破，小试牛刀)
1．一单摆在空气中振动，振幅逐渐减小．下列说法正确的是(　　)
A．机械能逐渐转化为其他形式的能
B．后一时刻的动能一定小于前一时刻的动能
C．后一时刻的势能一定小于前一时刻的势能
D．振动的周期越来越长解析：选A.单摆振动过程中，因不断克服空气阻力做功，使机械能逐渐转变化为内能，选项A对；
虽然单摆总的机械能在逐渐减小，但在振动过程中动能和势能仍不断地相互转化,动能转化为势能时,动能逐渐减小，势能逐渐增大，而势能转化为动能时，势能逐渐减小，动能逐渐增大，所以不能断言后一时刻的动能(或势能)一定小于前一时刻的动能(或势能)，故选项B、C不对．振动的周期，频率不会改变，故选项D不对．二、受迫振动
1．受迫振动与固有振动的定义
(1)固有振动：振动系统只受回复力作用，不受系统外界作用力的振动叫固有振动．它的周期和频率称为固有周期和固有频率，其大小由振动系统本身的性质决定．
(2)受迫振动：振动系统在驱动力作用下的振动叫受迫振动．即时应用 (即时突破，小试牛刀)
2．如图1－4－2所示，一个竖直圆盘上转动时，固定在圆盘上的小圆柱带动一个T型支架在竖直方向振动，T型支架的下面系着一个由弹簧和小球组成的振动系统，小球浸没在水中．当圆盘静止时，让小球在水中振动，其阻尼振动的频率约为3 Hz.现使圆盘以4 s的周期匀速转动，经过一段时间后，小球振动达到稳定，它振动的频率是多少？小球做受迫振动
图1－4－2答案：0.25 Hz三、共振
1．对共振现象的理解
(1)共振是受迫振动的一个特例．它产生的条件是：驱动力的频率等于物体的固有频率．
(2)共振的特点是振幅最大．
图1－4－3(3)共振曲线：如图1－4－3所示，以驱动力频率为横坐标，以受迫振动的振幅为纵坐标．它直观地反映了驱动力频率对受迫振动振幅的影响，由图可知，f驱与f固相差越大，振幅A越小；当f驱＝f固时，振幅A最大．2．自由振动、受迫振动和共振的关系即时应用 (即时突破，小试牛刀)
3．如图1－4－4所示，A球振动后，通过水平细绳迫使B、C振动，下面说法中正确的是(　　)
A．只有A、C振动的周期相等
B．A的振幅比B的振幅小
C．C的振幅比B的振幅小
D．A、B、C的振动的周期相等
图1－4－4课堂互动讲练 若空气阻力不可忽略，单摆在小于10°偏角的摆动中，总是减小的物理量为(　　)
A．振幅　　　　　　　　B．位移
C．周期 D．动能【答案】　A【方法总结】　振幅的大小表征一个振动系统总机械能的大小，当振动过程有介质阻力做功时，机械能减少，转化为内能，故振幅减小．阻尼振动的过程中动能或势能在一段时间内可以是增大的．变式训练1　如图1－4－5所示是单摆做阻尼振动的振动图象，下列说法正确的是(　　)
A．摆球在A时刻的动能等于在B时刻的动能
B．摆球在A时刻的势能大于在B时刻的势能
C．摆球在A时刻的机械能等于在B时刻的机械能
D．摆球在A时刻的机械能大于在B时刻的机械能
图1－4－5解析：选D.由于振幅逐渐减小，故摆球的机械能逐渐减小，选项C错，D对；由于A、B两时刻摆球的位移相同，故在这两个时刻摆球相对于零势能点的高度相同，摆球质量不变，势能相同，B错；又由于A时刻的机械能大于B时刻的机械能，而A、B两时刻的势能相同，故A时刻的动能大于B时刻的动能，A错． (2011年台州市高二期末)如图1－4－6所示，曲轴上挂一个弹簧振子，转动摇把曲轴可带动弹簧振子上下振动．开始时不转动摇把，让振子自由振动，测得其频率为2 Hz.现匀速转动摇把，转速为240 r/min.则(　　)
图1－4－6A．当振子稳定振动时，它的振动周期是0.5 s
B．当振子稳定振动时，它的振动周期是0.25 s
C．当转速为240 r/min时，弹簧振子的振幅最大
D．转速最大，弹簧振子的振幅就越大【答案】　B【方法总结】　匀速转动摇把，振子将做受迫振动，驱动力的周期跟摇把转动的周期是相同的，振子做受迫振动的周期又等于驱动力的周期，其频率也等于驱动力的频率，与原自由上下振动频率无关．变式训练2　如图1－4－7所示的装置，在曲轴上悬挂一个弹簧振子，若不转动把手，让其上下振动，周期为T1，现使把手以周期T2匀速转动(T2>T1)，当其运行达到稳定后(　　)
图1－4－7A．弹簧振子的振动周期为T1
B．弹簧振子的振动周期为T2
C．让把手的转速减小，则弹簧振子的振幅增大
D．让把手的转速增大，则弹簧振子的振幅增大
解析：选B.受迫振动周期等于驱动力的周期，故B对；让把手转速增大，则驱动力的周期T2减小，弹簧振子的振幅先增大后减小，故C、D均错． 一砝码和一轻弹簧构成弹簧振
子，如图1－4－8所示的装置可用于研
究该弹簧振子的受迫振动．匀速转动
把手时，曲杆给弹簧振子以驱动力，
使振子做受迫振动．把手匀速转动的 图1－4－8
周期就是驱动力的周期，改变把手匀速转动的速度就可以改变驱动力的周期．若保持把手不动，给砝码一向下的初速度，砝码便做简谐运动，振动图线如图1－4－9甲所示．当把手以某一速度匀速转动，受迫振动达到稳定时，砝码的振动图线如图乙所示．
若用T0表示弹簧振子的固有周期，T表示驱动力的周期，Y表示受迫振动达到稳定后砝码振动的振幅,则(　　)
图1－4－9A．由图线可知T0＝2 s
B．由图线可知T0＝8 s
C．当T在4 s附近时，Y显著增大；当T比4 s小得多或大得多时，Y很小
D．当T在8 s附近时，Y显著增大；当T比8 s小得多或大得多时，Y很小【精讲精析】　图甲是描述弹簧振子在不受驱动力时振动情况的图象，此时的振动周期是该弹簧振子的固有周期，从图甲中可直接读出固有周期为4 s，A错，B错；当驱动力的频率与固有频率相近时，发生共振，振幅显著增大，所以当曲杆的转动周期与弹簧振子的固有周期4 s接近的时候，振幅Y显著增大，其他情况下Y很小，C对，D错．
【答案】　C【方法总结】　(1)对于共振问题，首先要明确共振的条件，f驱＝f固，其次要结合振动图象找到f驱和f固，才能顺利解决．(2)本题符号较多，读题时要明确各符号的物理意义．变式训练3　铁道上每根钢轨长12.5 m，若支持车厢的弹簧和车厢组成的系统周期为0.6 s，那么当列车以________速度行驶时，车厢振动的最厉害．答案：21 m/s