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选择性必修 第一册第五节 受迫振动 共振说课ppt课件
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这是一份选择性必修 第一册第五节 受迫振动 共振说课ppt课件，共38页。PPT课件主要包含了课前篇自主预习，必备知识，自我检测，课堂篇探究学习，情境探究，知识归纳，实例引导，答案C等内容，欢迎下载使用。
1.知道什么是阻尼振动,什么叫受迫振动,什么是固有频率.(物理观念)2.能举出受迫振动的实例,知道受迫振动的频率由驱动力的频率决定.(科学思维)3.知道什么是共振以及发生共振的条件.(科学探究)
一、受迫振动的频率1.阻尼振动:振幅逐渐减小的振动.2.受迫振动:在外界驱动力作用下的振动.3.固有频率:弹簧振子和单摆的自由振动频率,只与它们自身的参数有关.4.受迫振动的频率:振动稳定后的频率等于驱动力的频率,与弹簧振子的固有频率无关.
想一想阻尼振动的振幅在减小的过程中,频率是否随着减小?提示 阻尼振动的振动频率保持不变.
二、共振1.共振:驱动力的频率等于振动系统的固有频率时,受迫振动的振幅最大,说明从外界获得的能量最大.这种现象叫作共振.
2.共振曲线:如图所示的曲线表示受迫振动的振幅与驱动力频率的关系.
想一想洗衣机启动和停止时,随着电机转速的变化,有时洗衣机会振动得很厉害,这是什么原因?提示 当洗衣机电机转动的频率等于洗衣机的固有频率时,发生了共振现象,这时洗衣机振幅最大,会振动得很厉害.
三、共振的应用和防止1.利用共振:应使驱动力的频率接近或者等于振动系统的固有频率.2.防止共振:应使驱动力的频率与振动系统的固有频率保持一定差距.
1.正误判断,判断结果为错误的小题请说明原因.(1)阻尼振动是机械能不断减小的振动,它一定不是简谐运动.( )答案 √(2)单摆的振幅越来越小,是因为其能量在不断消失.( )答案 ×解析 单摆总能量是守恒的,只是机械能不断减小.
(3)在外力作用下的振动就是受迫振动.( )答案 ×解析 只有在周期性外力(驱动力)的作用下物体所做的振动才是受迫振动.(4)受迫振动的频率等于振动系统的固有频率.( )答案 ×解析 受迫振动稳定后的频率等于驱动力的频率.
2.(多选)一单摆做阻尼振动,则在振动过程中( )A.振幅越来越小,周期也越来越小B.振幅越来越小,周期不变C.机械能越来越小D.机械能不守恒,周期不变答案 BCD解析 单摆做阻尼振动时,振幅会减小,机械能减小,振动周期不变,故选项B、C、D正确,A错误.
3.(多选)下列振动中,不属于受迫振动的是( )A.用重锤敲击一下悬吊着的钟后,钟的振动B.打点计时器接通电源后,振针的振动C.小孩睡在自由摆动的吊床上,小孩随着吊床一起摆动D.弹簧振子在竖直方向上沿上下方向振动答案 ACD解析 受迫振动是指在周期性驱动力作用下的振动,故A、C、D都是自由振动,B是受迫振动.
“余音绕梁,三日不绝.”形容歌声或音乐的优美.但在日常生活中,当弹奏结束后,乐声会越来越弱,并最终消失,这是为什么呢?
要点提示 由于乐声受到空气的阻尼作用,振幅越来越小,因此乐声也就越来越弱了.
阻尼振动与简谐运动的比较
特别提醒阻尼振动中振幅虽逐渐减小,但振动频率不会变化,此频率称为固有频率,由振动系统决定.
例1(多选)一单摆在空气中振动,振幅逐渐减小,下列说法正确的是( )A.单摆的机械能逐渐转化为其他形式的能B.单摆后一时刻的动能一定小于前一时刻的动能C.单摆振幅减小,频率也随着减小D.单摆振幅虽然减小,但其频率不变
答案 AD解析 单摆做阻尼振动,因不断克服空气阻力做功而使机械能转化为其他形式的能,但是在振动过程中,动能和势能仍不断相互转化,故选项A正确,选项B错误;做阻尼振动的单摆,振幅减小,频率由系统的特征决定,与振幅无关,所以其频率不变,选项C错误,选项D正确.
规律方法从振动能量上来讲,由于阻力做负功,振动物体的机械能逐渐减小,振幅逐渐变小,但由于振动中动能与势能相互转化,不能说下一时刻的动能(或势能)变小.
变式训练1(多选)单摆做阻尼振动的振动图像如图所示,下列说法正确的是( )A.摆球在A时刻的动能等于B时刻的动能B.摆球在A时刻的势能等于B时刻的势能C.摆球在A时刻的机械能等于B时刻的机械能D.摆球在A时刻的机械能大于B时刻的机械能
答案 BD解析 在单摆振动过程中,因不断克服空气阻力做功使机械能逐渐转化为内能,故选项C错误,选项D正确;虽然单摆总的机械能在逐渐减小,但在振动过程中动能和重力势能仍在不断地相互转化,由于A、B两时刻,单摆的位移相等,所以重力势能相等,但动能不相等,故选项A错误,选项B正确.
我国古代有一种被称为“鱼洗”的铜盆,盆沿左右各有一个把柄,称为双耳,盆底刻有鱼纹.盆内注入适量清水,用手快速有节奏地摩擦盆边双耳,盆会像受撞击一样振动起来,盆内水波荡漾.摩擦得法,可喷出水柱.这是什么原理呢?要点提示 手摩擦双耳的频率等于铜盆的固有频率,发生了共振现象.
1.自由振动、受迫振动及共振的比较
要点笔记f驱>f固或f驱
例2(多选)单摆M、N、O、P自由振动时,振动图像分别如图甲、乙、丙、丁所示.现将单摆M、N、O、P悬挂在如图所示支架的细线上,并保持各自的摆长不变,使其中一个单摆振动,经过足够长的时间,其他三个都可能振动起来,不计空气阻力.下列判断正确的是( )
A.若使M振动起来,P不会振动B.若使M振动起来,稳定时N振动的周期仍小于2 sC.若使P振动起来,稳定时M比N的振幅大D.若使O振动起来,稳定时M的振动周期等于3 s
答案 CD解析 若使M振动起来,其他小球也会做受迫振动,A错误;受迫振动的周期等于驱动力的周期,稳定时N振动的周期为2 s,B错误;若P振动起来,由于M的固有周期与驱动力的周期相同,M发生共振,稳定时M比N的振幅大,C正确;O的周期为3 s,使O振动起来,M做受迫振动,则周期为3 s,D正确.
规律方法受迫振动与共振的关系受迫振动的周期和频率总等于驱动力的周期和频率,驱动力的频率越接近物体的固有频率,振动的振幅越大,相等时振幅最大.在处理实际问题时要分清振动的类别,注意区分固有频率、受迫振动的频率和驱动力的频率.
变式训练2(多选)为了提高松树上松果的采摘率和工作效率,工程技术人员利用松果的惯性发明了用打击杆、振动器使松果落下的两种装置.则( )A.针对不同树木,落果效果最好的振动频率可能不同B.随着振动器频率的增加,树干振动的幅度一定增大C.打击杆对不同粗细树干打击结束后,树干的振动频率相同D.振动稳定后,不同粗细树干的振动频率始终与振动器的振动频率相同
答案 AD解析 根据共振的条件,当振动器的频率等于树木的固有频率时产生共振,此时落果效果最好,而不同的树木的固有频率不同,针对不同树木,落果效果最好的振动频率可能不同,选项A正确;当振动器的振动频率等于树木的固有频率时产生共振,此时树干的振幅最大,则随着振动器频率的增加,树干振动的幅度不一定增大,选项B错误;打击结束后,树干做阻尼振动,阻尼振动的频率为树干的固有频率,所以粗细不同的树干频率不同,选项C错误;树干在振动器的振动下做受迫振动,则稳定后,不同粗细树干的振动频率始终与振动器的振动频率相同,选项D正确.
1.(多选)单摆在空气中做阻尼振动,下列说法正确的是( )A.振动的机械能逐渐转化为其他形式的能量B.后一时刻摆球的动能一定比前一时刻小C.后一时刻摆球的势能一定比前一时刻小D.后一时刻摆球的机械能一定比前一时刻小答案 AD解析 由于单摆在空气中做阻尼振动,克服空气、摩擦阻力做功,使机械能不断转化为其他形式的能量而减少.后一时刻的动能和势能不一定比前一时刻小,但后一时刻摆球的机械能一定比前一时刻小.
2.(多选)下列说法正确的是( )A.实际的自由振动一定是阻尼振动B.在外力作用下的振动是受迫振动C.阻尼振动的振幅越来越小D.受迫振动稳定后的频率与振动系统自身物理条件无关
答案 ACD解析 实际的自由振动,必须不断克服外界阻力做功而消耗能量,振幅会逐渐减小,所以必然是阻尼振动,故选项A、C正确;只有在周期性外力(驱动力)作用下的物体所做的振动才是受迫振动,故选项B错误;受迫振动稳定后的频率由驱动力的频率决定,与自身物理条件无关,故选项D正确.
3.表中记录了某振动系统的振幅随驱动力频率变化的关系,若该振动系统的固有频率为f固,则( )A.f固=60 HzB.60 Hz≤f固<70 HzC.50 Hz≤f固<60 HzD.40 Hz
4.洗衣机脱水缸正常工作时,转速为2 800 r/min,脱水后从切断电源到电动机停止转动的时间为16 s.发现在切断电源后的13 s左右时,洗衣机振动最为剧烈,若切断电源后,脱水缸转速是随时间均匀减小的,则洗衣机振动的固有频率大约是( )A.16 HzB.9.5 Hz Hz
1.知道什么是阻尼振动,什么叫受迫振动,什么是固有频率.(物理观念)2.能举出受迫振动的实例,知道受迫振动的频率由驱动力的频率决定.(科学思维)3.知道什么是共振以及发生共振的条件.(科学探究)
一、受迫振动的频率1.阻尼振动:振幅逐渐减小的振动.2.受迫振动:在外界驱动力作用下的振动.3.固有频率:弹簧振子和单摆的自由振动频率,只与它们自身的参数有关.4.受迫振动的频率:振动稳定后的频率等于驱动力的频率,与弹簧振子的固有频率无关.
想一想阻尼振动的振幅在减小的过程中,频率是否随着减小?提示 阻尼振动的振动频率保持不变.
二、共振1.共振:驱动力的频率等于振动系统的固有频率时,受迫振动的振幅最大,说明从外界获得的能量最大.这种现象叫作共振.
2.共振曲线:如图所示的曲线表示受迫振动的振幅与驱动力频率的关系.
想一想洗衣机启动和停止时,随着电机转速的变化,有时洗衣机会振动得很厉害,这是什么原因?提示 当洗衣机电机转动的频率等于洗衣机的固有频率时,发生了共振现象,这时洗衣机振幅最大,会振动得很厉害.
三、共振的应用和防止1.利用共振:应使驱动力的频率接近或者等于振动系统的固有频率.2.防止共振:应使驱动力的频率与振动系统的固有频率保持一定差距.
1.正误判断,判断结果为错误的小题请说明原因.(1)阻尼振动是机械能不断减小的振动,它一定不是简谐运动.( )答案 √(2)单摆的振幅越来越小,是因为其能量在不断消失.( )答案 ×解析 单摆总能量是守恒的,只是机械能不断减小.
(3)在外力作用下的振动就是受迫振动.( )答案 ×解析 只有在周期性外力(驱动力)的作用下物体所做的振动才是受迫振动.(4)受迫振动的频率等于振动系统的固有频率.( )答案 ×解析 受迫振动稳定后的频率等于驱动力的频率.
2.(多选)一单摆做阻尼振动,则在振动过程中( )A.振幅越来越小,周期也越来越小B.振幅越来越小,周期不变C.机械能越来越小D.机械能不守恒,周期不变答案 BCD解析 单摆做阻尼振动时,振幅会减小,机械能减小,振动周期不变,故选项B、C、D正确,A错误.
3.(多选)下列振动中,不属于受迫振动的是( )A.用重锤敲击一下悬吊着的钟后,钟的振动B.打点计时器接通电源后,振针的振动C.小孩睡在自由摆动的吊床上,小孩随着吊床一起摆动D.弹簧振子在竖直方向上沿上下方向振动答案 ACD解析 受迫振动是指在周期性驱动力作用下的振动,故A、C、D都是自由振动,B是受迫振动.
“余音绕梁,三日不绝.”形容歌声或音乐的优美.但在日常生活中,当弹奏结束后,乐声会越来越弱,并最终消失,这是为什么呢?
要点提示 由于乐声受到空气的阻尼作用,振幅越来越小,因此乐声也就越来越弱了.
阻尼振动与简谐运动的比较
特别提醒阻尼振动中振幅虽逐渐减小,但振动频率不会变化,此频率称为固有频率,由振动系统决定.
例1(多选)一单摆在空气中振动,振幅逐渐减小,下列说法正确的是( )A.单摆的机械能逐渐转化为其他形式的能B.单摆后一时刻的动能一定小于前一时刻的动能C.单摆振幅减小,频率也随着减小D.单摆振幅虽然减小,但其频率不变
答案 AD解析 单摆做阻尼振动,因不断克服空气阻力做功而使机械能转化为其他形式的能,但是在振动过程中,动能和势能仍不断相互转化,故选项A正确,选项B错误;做阻尼振动的单摆,振幅减小,频率由系统的特征决定,与振幅无关,所以其频率不变,选项C错误,选项D正确.
规律方法从振动能量上来讲,由于阻力做负功,振动物体的机械能逐渐减小,振幅逐渐变小,但由于振动中动能与势能相互转化,不能说下一时刻的动能(或势能)变小.
变式训练1(多选)单摆做阻尼振动的振动图像如图所示,下列说法正确的是( )A.摆球在A时刻的动能等于B时刻的动能B.摆球在A时刻的势能等于B时刻的势能C.摆球在A时刻的机械能等于B时刻的机械能D.摆球在A时刻的机械能大于B时刻的机械能
答案 BD解析 在单摆振动过程中,因不断克服空气阻力做功使机械能逐渐转化为内能,故选项C错误,选项D正确;虽然单摆总的机械能在逐渐减小,但在振动过程中动能和重力势能仍在不断地相互转化,由于A、B两时刻,单摆的位移相等,所以重力势能相等,但动能不相等,故选项A错误,选项B正确.
我国古代有一种被称为“鱼洗”的铜盆,盆沿左右各有一个把柄,称为双耳,盆底刻有鱼纹.盆内注入适量清水,用手快速有节奏地摩擦盆边双耳,盆会像受撞击一样振动起来,盆内水波荡漾.摩擦得法,可喷出水柱.这是什么原理呢?要点提示 手摩擦双耳的频率等于铜盆的固有频率,发生了共振现象.
1.自由振动、受迫振动及共振的比较
要点笔记f驱>f固或f驱
例2(多选)单摆M、N、O、P自由振动时,振动图像分别如图甲、乙、丙、丁所示.现将单摆M、N、O、P悬挂在如图所示支架的细线上,并保持各自的摆长不变,使其中一个单摆振动,经过足够长的时间,其他三个都可能振动起来,不计空气阻力.下列判断正确的是( )
A.若使M振动起来,P不会振动B.若使M振动起来,稳定时N振动的周期仍小于2 sC.若使P振动起来,稳定时M比N的振幅大D.若使O振动起来,稳定时M的振动周期等于3 s
答案 CD解析 若使M振动起来,其他小球也会做受迫振动,A错误;受迫振动的周期等于驱动力的周期,稳定时N振动的周期为2 s,B错误;若P振动起来,由于M的固有周期与驱动力的周期相同,M发生共振,稳定时M比N的振幅大,C正确;O的周期为3 s,使O振动起来,M做受迫振动,则周期为3 s,D正确.
规律方法受迫振动与共振的关系受迫振动的周期和频率总等于驱动力的周期和频率,驱动力的频率越接近物体的固有频率,振动的振幅越大,相等时振幅最大.在处理实际问题时要分清振动的类别,注意区分固有频率、受迫振动的频率和驱动力的频率.
变式训练2(多选)为了提高松树上松果的采摘率和工作效率,工程技术人员利用松果的惯性发明了用打击杆、振动器使松果落下的两种装置.则( )A.针对不同树木,落果效果最好的振动频率可能不同B.随着振动器频率的增加,树干振动的幅度一定增大C.打击杆对不同粗细树干打击结束后,树干的振动频率相同D.振动稳定后,不同粗细树干的振动频率始终与振动器的振动频率相同
答案 AD解析 根据共振的条件,当振动器的频率等于树木的固有频率时产生共振,此时落果效果最好,而不同的树木的固有频率不同,针对不同树木,落果效果最好的振动频率可能不同,选项A正确;当振动器的振动频率等于树木的固有频率时产生共振,此时树干的振幅最大,则随着振动器频率的增加,树干振动的幅度不一定增大,选项B错误;打击结束后,树干做阻尼振动,阻尼振动的频率为树干的固有频率,所以粗细不同的树干频率不同,选项C错误;树干在振动器的振动下做受迫振动,则稳定后,不同粗细树干的振动频率始终与振动器的振动频率相同,选项D正确.
1.(多选)单摆在空气中做阻尼振动,下列说法正确的是( )A.振动的机械能逐渐转化为其他形式的能量B.后一时刻摆球的动能一定比前一时刻小C.后一时刻摆球的势能一定比前一时刻小D.后一时刻摆球的机械能一定比前一时刻小答案 AD解析 由于单摆在空气中做阻尼振动,克服空气、摩擦阻力做功,使机械能不断转化为其他形式的能量而减少.后一时刻的动能和势能不一定比前一时刻小,但后一时刻摆球的机械能一定比前一时刻小.
2.(多选)下列说法正确的是( )A.实际的自由振动一定是阻尼振动B.在外力作用下的振动是受迫振动C.阻尼振动的振幅越来越小D.受迫振动稳定后的频率与振动系统自身物理条件无关
答案 ACD解析 实际的自由振动,必须不断克服外界阻力做功而消耗能量,振幅会逐渐减小,所以必然是阻尼振动,故选项A、C正确;只有在周期性外力(驱动力)作用下的物体所做的振动才是受迫振动,故选项B错误;受迫振动稳定后的频率由驱动力的频率决定,与自身物理条件无关,故选项D正确.
3.表中记录了某振动系统的振幅随驱动力频率变化的关系,若该振动系统的固有频率为f固,则( )A.f固=60 HzB.60 Hz≤f固<70 HzC.50 Hz≤f固<60 HzD.40 Hz
4.洗衣机脱水缸正常工作时,转速为2 800 r/min,脱水后从切断电源到电动机停止转动的时间为16 s.发现在切断电源后的13 s左右时,洗衣机振动最为剧烈,若切断电源后,脱水缸转速是随时间均匀减小的,则洗衣机振动的固有频率大约是( )A.16 HzB.9.5 Hz Hz
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