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1、高二物理 WL—X3-4—1105—09 §11、5《外力作用下的振動》導(dǎo)學(xué)案 編寫：劉峰 審核：徐斌 時間： 班級 組別 組名 姓名 【學(xué)習(xí)目標(biāo)】 1．知道阻尼振動和阻尼振動中能量轉(zhuǎn)化的情況。 2．知道什么是受迫振動及其產(chǎn)生的條件，知道物體做受迫振動的特點。 3．認(rèn)識共振現(xiàn)象，知道產(chǎn)生共振現(xiàn)象的條件，.知道共振的應(yīng)用和防止的事例.和方法。 【重點、難點】 受迫振動的頻率特點、共振的特點及條件 【學(xué)習(xí)過程】 知識點1

2、、阻尼振動 閱讀課本P18頁1、2、3自然段完成下列問題 1、固有頻率：如果振動系統(tǒng)不受外力作用，此時的振動叫________，其振動頻率稱為_____。 2、從振幅有無變化來區(qū)分，振動可分為_______振動和_______振動 x t O （1）、阻尼振動：振動物體克服摩擦力和其它阻力做功，系統(tǒng)能量______，振幅也隨之______，我們把這種振幅逐漸減小的振動叫做 。我們說物體受到的摩擦力或其它阻力為阻尼。振動系統(tǒng)受到的阻尼越大，振幅減小的______，阻尼越小，振幅減小的_______。 （2）、 阻尼振動的圖象：用縱坐標(biāo)表示振動的振幅，橫坐標(biāo)表示

3、振動的時間，由于阻尼振動是減幅振動，故振動圖象如右圖所示。 (3)、阻尼振動特點：阻尼振動的振幅盡管在減小，但其振動周期(頻率)不變，它是由振動系統(tǒng)決定的。振動系統(tǒng)確定后，其振動的周期(頻率)就不變，稱為固有周期(頻率)。 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）無阻尼振動：振幅保持不變的振動。 說明：10物體做阻尼振動時，振幅雖然不斷減小，但振動的頻率不會隨振幅的減小而變化，由自身的結(jié)構(gòu)特點決定。 20阻尼振動在一段不太長的時間內(nèi)振幅若沒有明顯減小，可以將其當(dāng)作簡諧振動處理 例1．一個單擺在做實際的阻尼振動時（ ） A、周期越

4、來越小 B、位移越來越小 C、振幅越來越小 D、機械能越來越小 練習(xí)1．一單擺在空氣中振動，振幅逐漸減小，下列說法正確的是（ ） A、振動能量逐漸轉(zhuǎn)化為其他形式的能 B、后一時刻的動能一定小于前一時刻的動能 C、后一時刻的勢能一定小于前一時刻的勢能D、后一時刻的機械能一定小于前一時刻的機械能 知識點2、受迫振動 閱讀課本P18-19頁第4自然段完成下列問題 1、定義：阻尼振動最終要停止，為使系統(tǒng)持續(xù)的振動下去，最簡單的辦法是將周期性的外力作用于振動系統(tǒng)，外力對系統(tǒng)做功，補償系統(tǒng)的能量損耗，該種周期性的外力叫做_______。系統(tǒng)在驅(qū)動力作用下的振動叫

5、做______振動。 2、受迫振動的特點： （1）受迫振動的周期和頻率由________________決定，與振動物體的__________________ ________________無關(guān)，其周期和頻率總等于驅(qū)動力的周期和頻率。 （2）受迫振動的振幅與驅(qū)動力的頻率和固有頻率之差有關(guān)，驅(qū)動力的頻率與固有頻率之差越大，受迫振動的振幅越小，反之兩者之差越小，振幅越大。當(dāng)兩者的頻率_______時，受迫振動的振幅最大。 3、自由振動：象彈簧振子和單擺那樣，物體偏離平衡位置后，它們就在自己的彈力或重力作用下振動起來，而不需要其他外力的推動，這種振動叫做自由振動。 思維點撥：物體的振動

6、按照能量是否損耗可分為阻尼振動（減幅振動）和無阻尼振動（等幅振動）；按照振動的成因可分為自由振動和受迫振動。 例2．下列各種振動,不屬于受迫振動的是（ ） A、敲擊后的鑼面的振動 B、縫紉機針的振動 C、人挑擔(dān)子時,擔(dān)子上下振動 D、蜻蜓、蝴蝶翅膀的振動 練習(xí)2．如圖所示，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，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（　 ） A、1/2s B

7、、1/4s C、2s D、4s 知識點3：共振 閱讀課本P19頁第5自然段完成下列問題 不管系統(tǒng)的固有頻率如何，受迫振動的頻率總等于驅(qū)動力的頻率，與系統(tǒng)的固有頻率無關(guān)，但受迫振動的振幅與驅(qū)動力的頻率和固有頻率有關(guān)； 1、定義：當(dāng)驅(qū)動力的頻率等于系統(tǒng)的固有頻率時受迫振動的振幅最大，該種現(xiàn)象叫做__________。 受迫振動的振幅隨驅(qū)動力頻率的變化而變化；驅(qū)動力的頻率與物體的固有頻率越接近，受迫振動的振幅越大。 2、條件：__________，即驅(qū)動力的頻率______固有頻率。 3.共振曲線 （1）共振曲線：受迫振動的振幅A與

8、驅(qū)動力的頻率f及振動物體的固有頻率f＇之間的關(guān)系有關(guān)，它們之間的這種關(guān)系可用圖象來表示，這個圖象叫共振曲線，如圖所示。縱軸表示受迫振動的振幅，橫軸表示驅(qū)動力的頻率。 （2）共振曲線的特點：①當(dāng)驅(qū)動力頻率等于物體固有頻率時，物體振動的振幅最大。②當(dāng)固有頻率不等于驅(qū)動力頻率時，二者越接近，振幅越大；相差越大，振幅越小。③共振曲線上除峰值外，其他某一振幅都對應(yīng)兩個驅(qū)動力頻率。 4.共振的應(yīng)用和防止 （1）利用共振時，應(yīng)使驅(qū)動力的頻率接近或等于物體的固有頻率。實例：共振篩、音箱、小提琴與二胡等樂器設(shè)置共鳴箱、建筑工地上澆鑄混凝土?xí)r使用的振搗器、跳水運動員做起跳動作的“顛板”過程等。 （2

9、）防止共振時，應(yīng)使驅(qū)動力的頻率與振動物體的固有頻率不同，而且相差越大越好。實例：火車過橋時要放慢速度、軍隊過橋時用便步行走、輪船航行時要看波浪的打擊方向而改變輪船的航向和速度、機器運轉(zhuǎn)時為了防止共振要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速等。 例3．如圖所示演示裝置，一根張緊的水平繩上掛著五個單擺，其中A、E擺長相同，先使A擺擺動，其余各擺也擺動起來，可以發(fā)現(xiàn)（ ） A、各擺擺動的周期均與A擺相同 B、B擺振動的周期最短 C、C擺振動的周期最長 D、E擺的振幅最大 練習(xí)3．在火車的車廂里懸掛一擺長l=40cm的單擺，由于鐵軌接合處給火車的撞擊使擺球發(fā)生受迫擺動。已知

10、鐵軌長L=12.56m，當(dāng)擺球的振幅最大時，火車的速度為（　 ） A、5m/s B、10m/s C、15m/s D、20m/s 【典型例題】 例1.如圖所示是一個單擺做阻尼振動的振動圖象，A、B兩點所在直線與橫軸平行。下列說法正確的是（ ) A.物體A時刻的動能等于B時刻的動能 B.物體A時刻的勢能等于B時刻的勢能 C.物體A時刻的機械能等于B時刻的機械能 D.物體A時刻的機械能大于B時刻的機械能 例2.如圖所示是探究單擺共振條件時得到的圖象，它表示振幅跟驅(qū)動力頻率之間的關(guān)系，請完成： （1）這個單擺的擺長是多少？ （2

11、）如果擺長變長一些，畫出來的圖象的高峰將向哪個方向移動？ 【當(dāng)堂檢測】 1、關(guān)于阻尼振動，下列說法中正確的是（ ） A. 機械能不斷減少 B. 動能不斷減少 C. 振幅不斷減小 D. 一定不是簡諧運動 2、兩個彈簧振子，甲的固有頻率是100Hz，乙的固有頻率是400Hz，若它們均在頻率是300Hz的驅(qū)動力作用下做受迫振動，則（ ） A．甲的振幅較大，振動頻率是100Hz B．乙的振幅較大，振動頻率是300Hz C．甲的振幅較大，振動頻率是300Hz D．乙的振幅較大，振動頻率是400Hz 3、關(guān)于受迫振動，下列說

12、法中正確的是：（ ） A. 是在一定外力作用下的振動 B. 振動頻率可能大于或小于系統(tǒng)的固有頻率 C. 振動頻率一定等于固有頻率 D. 振動頻率一定等于驅(qū)動力的頻率 4、一洗衣機在正常工作時非常平穩(wěn)，當(dāng)切斷電源后，發(fā)現(xiàn)洗衣機先是振動越來越劇烈，然后振動逐漸減弱，對這一現(xiàn)象，下列說法正確的是 (　　) ①正常工作時，洗衣機波輪的運轉(zhuǎn)頻率比洗衣機的固有頻率大 ②正常工作時，洗衣機波輪的運轉(zhuǎn)頻率比洗衣機的固有頻率小 ③正常工作時，洗衣機波輪的運轉(zhuǎn)頻率等于洗衣機的固有頻率 ④當(dāng)洗衣機振動最劇烈時，波輪的運轉(zhuǎn)頻率恰好等于洗衣機的固有頻率 A．①　　　　

13、 B．③　　　　 C．①④　　　 D．②④ 5、部隊經(jīng)過橋梁時，規(guī)定不許齊步走，登山運動員登高山時，不許高聲叫喊，主要原因 是(　　) A．減輕對橋的壓力，避免產(chǎn)生回聲 B．減少對橋、雪山的沖量 C．避免使橋、使雪山發(fā)生共振 D．使橋受到的壓力更不均勻，使登山運動員耗散能量減少 6、下列現(xiàn)象中，防止共振現(xiàn)象危害的是（ ） A. 秋千越蕩越高 B. 火車過橋時要慢開 C. 輪船航行時受到波浪的沖擊，改變輪船的航行速率 D. 建房時要考慮廠房的固有頻率與機器開動時振動頻率的差異 7、如圖所示，在曲軸A上懸掛一個彈簧振子，若搖動搖把C，曲軸可

14、以帶動彈簧振子上下振動，開始時不轉(zhuǎn)動搖把，測得彈簧振子在10秒內(nèi)完成20次全振動，然后勻速轉(zhuǎn)動搖把，當(dāng)其轉(zhuǎn)速為_______轉(zhuǎn)/秒時，彈簧振子的振幅最大。當(dāng)搖把轉(zhuǎn)速為4轉(zhuǎn)/秒時，彈簧振子振動穩(wěn)定后的振動周期T=___________s。 8、汽車的車身是裝在彈簧上的，如果這個系統(tǒng)的固有周期是1.5s，汽車在一條起伏不平的路上行駛，路上各凸起處大約都相隔8m，汽車以多大速度行駛時，車身上下顛簸得最劇烈？ 【學(xué)后反思】：