高中物理 14 阻尼振动 受迫振动 省优获奖课件 教科版选修3 4.ppt

1、高中物理高中物理选修选修3-4教科版教科版第一章机械振动第一章机械振动 1.4 阻尼振动受迫振动阻尼振动受迫振动 v目标定位1.知道阻尼振动和无阻尼振动并能从能量的观点给予说明.2.知道受迫振动的概念知道受迫振动的频率等于驱动力的频率，而跟振动物体的固有频率无关.3.理解共振的概念，知道常见共振的应用和危害v一、阻尼振动v1阻尼振动v系统在振动过程中受到 的作用，振动逐渐消逝，v 逐步转变为其他能量，这种振动叫做 振动v2自由振动(无阻尼振动)v系统不受外力作用，也不受任何阻力，只在自身 作用下的振动v3固有频率：振动的频率固有频率由 决定预习导学预习导学阻力阻力 振动能量振动能量 阻尼阻尼

2、回复力回复力 自由自由 系统本身的特征系统本身的特征 v想一想阻尼振动中，在振幅逐渐减小的过程中，振子的周期如何变化？v答案不变周期与振幅无关预习导学预习导学v二、受迫振动v1驱动力：的外力v2受迫振动：系统在 作用下的振动v3振动稳定后受迫振动的周期总等于 的周期，受迫振动稳定后的频率与物体的固有频率 关系v三、共振v驱动力的频率 振动物体的固有频率时，受 迫 振 动 的 振 幅 最 大，这 种 现 象 叫做 预习导学预习导学周期性周期性 驱动力驱动力 驱动力驱动力 没有没有 等于等于 共振共振 v想一想自由振动、受迫振动和共振分别对应的周期(或频率)是什么？v答案自由振动对应固有周期(或固

3、有频率)，受迫振动对应驱动力的周期(或频率)，而共振对应的是驱动力的周期(或频率)与固有周期(或频率)相等预习导学预习导学v四、共振的应用和防止v在需要利用共振时，应使驱动力的频率 或 振动系统的固有频率；在需要防止共振时，应使驱动力的频率v 振动系统的固有频率预习导学预习导学接近接近 等于等于 远离远离 v一、阻尼振动和受迫振动v1阻尼振动是振动系统在阻力的作用下，振幅逐渐减小的振动v说明：阻尼振动中振幅虽逐渐减小，但振动的频率不会变化，此频率为固有频率，由振动系统决定v2受迫振动是指系统在驱动力作用下的振动做受迫振动的物体的振动频率等于驱动力的频率，与物体的固有频率无关v说明：受迫振动中，

4、若周期性的驱动力给系统补充的能量与系统因振动阻尼消耗的能量相等，物体做等幅振动，但此振动不是简谐运动课堂讲义课堂讲义课堂讲义课堂讲义v【例1】一单摆做阻尼振动，则在振动过程中()vA振幅越来越小，周期也越来越小vB振幅越来越小，周期不变vC在振动过程中，通过某一位置时，机械能始终不变vD在振动过程中，机械能不守恒，周期不变v解析因单摆做阻尼振动，所以振幅越来越小，机械能越来越小，但振动周期不变v答案BD课堂讲义课堂讲义v【例2】如图141所示的装置，弹簧振子的固有频率是4 Hz.现匀速转动把手，给弹簧振子以周期性的驱动力，测得弹簧振子振动达到稳定时的频率为1 Hz，则把手转动的频率为()vA1

5、 Hz B3 HzvC4 Hz D5 Hzv解析受迫振动的频率等于驱动力的v频率，把手转动的频率为1 Hz，选项vA正确v答案A图图141 课堂讲义课堂讲义v二、对共振的理解v1定义v物体做受迫振动时，当驱动力的频率等于系统的固有频率时，振动的振幅最大，这种现象叫共振v2发生共振的条件vf驱f固，即驱动力的频率等于振动系统的固有频率课堂讲义课堂讲义v3共振曲线(如图142所示)图图142 课堂讲义课堂讲义v4共振的防止与利用v(1)利用：由共振的条件知，要利用共振，就应尽量使驱动力的频率与物体的固有频率一致如共振筛、荡秋千、共振转速计等v(2)防止：由共振曲线可知，在需要防止共振危害时，要尽量

6、使驱动力的频率和固有频率不相等，而且相差越多越好如：部队过桥应便步走v说明：共振是物体做受迫振动时的一种特殊现象课堂讲义课堂讲义v【例3】如图143所示，在一根张紧的水平绳上悬挂五个摆，其中A、E的摆长为l，B的摆长为0.5l，C的摆长为1.5l，D的摆长为2l，先使A振动起来，其他各摆随后也振动起来，则摆球振动稳定后()vAD的振幅一定最大 vBE的振幅一定最大vCB的周期一定最短 vD四个摆的周期相同图图143 课堂讲义课堂讲义v解析A振动起来后，使得B、C、D、E做受迫振动，振动的频率都等于A振动的频率，即各摆振动的周期都相等，v选项C错误，D正确；由于D与A的摆长相差最大，E与A的摆长

7、相等，所以D的振幅最小，E发生共振，振幅最大，选项A错误，B正确v答案BD课堂讲义课堂讲义v【例4】如图144所示一弹簧振子做受迫振动时的振幅与驱动力频率的关系，由图可知()vA驱动力频率为f2时，振子处于共振状态vB驱动力频率为f3时，振子的振动频率为f3vC假如让振子自由振动，它的频率为f2vD振子做自由振动时，频率可以为f1、f2、f3图图144 课堂讲义课堂讲义v解析由题图可知当驱动力的频率为f2时，振子的振幅最大，即振子发生共振现象，故A正确；由共振条件知振子的固有频率为f2，所以C正确，D错误；振子做受迫振动时，振动频率由驱动力的频率决定，故B正确v答案ABC第第4讲阻尼振动受迫振

8、动讲阻尼振动受迫振动 预习导学预习导学 课堂讲义课堂讲义 对点练习对点练习 高中物理高中物理选修选修3-4教科版教科版第二章机械波第二章机械波2.1 机械波的形成和传播机械波的形成和传播 第第4讲阻尼振动受迫振动讲阻尼振动受迫振动 预习导学预习导学 课堂讲义课堂讲义 对点练习对点练习 v目标定位v1.理解机械波的形成过程和产生条件.v2.知道波的种类及横波和纵波的概念.v3.明确机械波传播的特点 第第4讲阻尼振动受迫振动讲阻尼振动受迫振动 预习导学预习导学 课堂讲义课堂讲义 对点练习对点练习 v一、机械波的形成和传播v1 波的形成v由于绳的各部分之间都有相互作用的弹力联系着，所以当手抖动绳的一

9、端，紧靠这一端的质点运动，它会 相邻的质点运动，依次传递下去每一个质点都在重复绳一端的振动，后一个质点的运动状态总是 于前一个质点的运动状态预习导学预习导学带动带动 滞后滞后 第第4讲阻尼振动受迫振动讲阻尼振动受迫振动 预习导学预习导学 课堂讲义课堂讲义 对点练习对点练习 v2介质v能够传播振动的物质v3机械波v 在介质中的传播v4波源v引起 振动的装置v5机械波是 这一运动形式(包括波源的振动信息)的传播，介质本身并没有沿着波的方向发生 v6波是传递 的一种方式预习导学预习导学机械振动机械振动 初始初始 机械振动机械振动 迁移迁移 能量能量 第第4讲阻尼振动受迫振动讲阻尼振动受迫振动 预习导

10、学预习导学 课堂讲义课堂讲义 对点练习对点练习 v二、横波与纵波v1按介质中质点的振动方向和波的传播方向的关系不同，常将波分为 和 v2横波v(1)定义：介质中质点的振动方向与波的传播方向 的波v(2)标识性物理量v波峰：凸起来的 处v波谷：凹下去的 处预习导学预习导学横波横波 纵波纵波 垂直垂直 最高最高 最低最低 第第4讲阻尼振动受迫振动讲阻尼振动受迫振动 预习导学预习导学 课堂讲义课堂讲义 对点练习对点练习 v3纵波v(1)定义：介质中质点的振动方向和波的传播方向 的波v(2)标识性物理量v密部：介质中质点分布 的部分v疏部：质点分布 的部分v4简谐波：如果传播的振动是 运动，这种波叫做

11、简谐波预习导学预习导学平行平行 密集密集 稀疏稀疏 稀疏稀疏 第第4讲阻尼振动受迫振动讲阻尼振动受迫振动 预习导学预习导学 课堂讲义课堂讲义 对点练习对点练习 v一、波的形成和传播v1波的形成v传播波的物质，如水、绳、空气等，可以分成许多小部分，每一小部分都可以看作质点当其中一个质点振动时，由于质点间的相互作用，就带动相邻的质点振动起来，该质点又带动后面的质点振动起来，这样振动的状态就传播出去，形成了机械波课堂讲义课堂讲义第第4讲阻尼振动受迫振动讲阻尼振动受迫振动 预习导学预习导学 课堂讲义课堂讲义 对点练习对点练习 课堂讲义课堂讲义v2机械波的传播v(1)各质点的振动周期都与波源的振动周期相

12、同v(2)离波源越远，质点的振动越滞后，但各质点的起振方向与波源起振方向相同v(3)波传播的只是振动形式，介质中的每个质点只在自己平衡位置附近振动，并不随波迁移第第4讲阻尼振动受迫振动讲阻尼振动受迫振动 预习导学预习导学 课堂讲义课堂讲义 对点练习对点练习 课堂讲义课堂讲义v【例1】下列关于机械波的说法中，正确的是()vA各质点都在各自的平衡位置附近振动vB相邻质点间必有相互作用力vC前一质点的振动带动相邻的后一质点的振动，后一质点的振动必定落后于前一质点vD各质点随波的传播而迁移vE离波源越远，质点的振动频率越小第第4讲阻尼振动受迫振动讲阻尼振动受迫振动 预习导学预习导学 课堂讲义课堂讲义

13、对点练习对点练习 课堂讲义课堂讲义v解析振源依靠介质中各相邻质点间的相互作用力使周围的质点依次振动起来，且后一质点的振动必定落后于前一质点，选项B、C正确；质点只在它们各自的平衡位置附近做受迫振动，它们振动的频率均与波源的频率相同，选项A正确，E错误；波在传播过程各质点不随波迁移，选项D错误v答案ABC第第4讲阻尼振动受迫振动讲阻尼振动受迫振动 预习导学预习导学 课堂讲义课堂讲义 对点练习对点练习 课堂讲义课堂讲义图图211 第第4讲阻尼振动受迫振动讲阻尼振动受迫振动 预习导学预习导学 课堂讲义课堂讲义 对点练习对点练习 课堂讲义课堂讲义第第4讲阻尼振动受迫振动讲阻尼振动受迫振动 预习导学预习

14、导学 课堂讲义课堂讲义 对点练习对点练习 课堂讲义课堂讲义v答案见解析第第4讲阻尼振动受迫振动讲阻尼振动受迫振动 预习导学预习导学 课堂讲义课堂讲义 对点练习对点练习 课堂讲义课堂讲义v借题发挥根据波的形成特点，先振动的质点带动后面的质点振动，后面质点总是落后于前面质点的振动，每一个质点都在自己的平衡位置附近振动，正确画出各时刻的波形图，可以使问题变得更形象直观第第4讲阻尼振动受迫振动讲阻尼振动受迫振动 预习导学预习导学 课堂讲义课堂讲义 对点练习对点练习 课堂讲义课堂讲义v二、振动与波动的区别与联系v1区别v(1)研究对象不同v振动是单个质点所表现出的周而复始的运动现象，波动是大量质点表现出

15、的周而复始的运动现象第第4讲阻尼振动受迫振动讲阻尼振动受迫振动 预习导学预习导学 课堂讲义课堂讲义 对点练习对点练习 课堂讲义课堂讲义v(2)运动成因不同v振动是质点由于某种原因离开平衡位置，同时受到指向平衡位置的力回复力的作用波动是由于介质中质点受到相邻质点的扰动而随着运动，并将振动形式由近及远传播开去，各质点间存在相互作用的弹力，各个质点受到回复力作用v(3)运动性质不同v质点的振动是变加速运动，在同一介质中波动的传播速度不变第第4讲阻尼振动受迫振动讲阻尼振动受迫振动 预习导学预习导学 课堂讲义课堂讲义 对点练习对点练习 课堂讲义课堂讲义v2联系v(1)振动是波动的起因，波是振动的传播；v

16、(2)有波动一定有振动，有振动不一定有波动；v(3)波动的周期等于质点振动的周期，波动和振动都是周期性运动第第4讲阻尼振动受迫振动讲阻尼振动受迫振动 预习导学预习导学 课堂讲义课堂讲义 对点练习对点练习 课堂讲义课堂讲义v【例3】关于振动和波的关系，下列说法中正确的是()vA振动是波的成因，波是振动的传播vB振动是单个质点呈现的运动现象，波是许多质点联合起来呈现的运动现象vC波的传播速度就是质点振动的速度vD波源停止振动时，波立即停止传播第第4讲阻尼振动受迫振动讲阻尼振动受迫振动 预习导学预习导学 课堂讲义课堂讲义 对点练习对点练习 课堂讲义课堂讲义v解析机械波的产生条件是有波源和介质由于介质

17、中的质点之间相互作用，一个质点的振动带动相邻质点的振动由近及远传播而形成波，所以选项A和B正确；波的传播速度是波形由波源向外伸展的速度，在均匀介质中其速度大小不变，而质点振动的速度和方向都随时间周期性地发生变化，选项C错误；波源一旦将振动传给了介质，振动就会在介质中向远处传播，当波源停止振动时，介质仍然继续传播波源振动的运动形式，不会随波源停止振动而停止传播，即波不会停止传播，选项D错误v答案AB第第4讲阻尼振动受迫振动讲阻尼振动受迫振动 预习导学预习导学 课堂讲义课堂讲义 对点练习对点练习 课堂讲义课堂讲义v针对训练关于振动和波的说法正确的是()vA有机械波必有振动vB有机械振动必有波vC离波源远的质点振动较慢vD质点的振动方向总是垂直于波的传播方向v解析机械振动在介质中向外传播就形成了机械波，所以有机械波必定有机械振动但如果只有振动，而没有介质的传播就不会有机械波的产生因各质点的振动都是重复波源的振动，不论距波源远近，振动的快慢都一样；波分横波和纵波，纵波的质点振动方向与波的传播方向在一条直线上v答案A