1、14受迫振動(dòng)與共振,核心要點(diǎn)突破,課堂互動(dòng)講練,知能優(yōu)化訓(xùn)練,14,課前自主學(xué)案,課標(biāo)定位,課標(biāo)定位,學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.掌握阻尼振動(dòng)、受迫振動(dòng)的概念，理解受迫振動(dòng)的振幅與驅(qū)動(dòng)力頻率之間的關(guān)系 2理解共振的原因，掌握共振的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn) 重點(diǎn)難點(diǎn)：重點(diǎn)是受迫振動(dòng)的振幅與驅(qū)動(dòng)力頻率之間的關(guān)系，難點(diǎn)是共振成因的分析,課前自主學(xué)案,一、振動(dòng)中的能量損失 空氣中的彈簧振子和單擺，由于受到_的作用，做振幅_的運(yùn)動(dòng)叫_而鐘擺能保持振幅_，原因是定時(shí)補(bǔ)充_的結(jié)果,空氣阻力,逐漸減小,阻尼振動(dòng),不變,能量,二、受迫振動(dòng) 1定義：物體在周期性變化的_作用下的振動(dòng)叫受迫振動(dòng) 2受迫振動(dòng)穩(wěn)定后，可以明顯地觀察到受迫振動(dòng)的周期等

2、于_的周期這樣就可以得到物體做受迫振動(dòng)的頻率等于_的頻率，而跟物體自身的_無(wú)關(guān),驅(qū)動(dòng)力,驅(qū)動(dòng)力,驅(qū)動(dòng)力,固有頻率,三、共振及其產(chǎn)生的條件 1共振：當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率跟_相等時(shí)，物體做受迫振動(dòng)的振幅_，這種現(xiàn)象叫做共振聲音的共振現(xiàn)象叫_ 2共振的條件：f驅(qū)f固，即驅(qū)動(dòng)力的頻率與物體的固有頻率相等 3共振曲線 如圖151所示，共振曲線的橫坐標(biāo)為驅(qū)動(dòng)力的頻率，縱坐標(biāo)為受迫振動(dòng)物體的振幅 圖151,物體的固有頻率,最大,共鳴,4共振的利用和防止 (1)防止：由共振曲線可知，f驅(qū)f固時(shí)，AAm振幅達(dá)到最大，f驅(qū)與f固差別越大時(shí)，物體做受迫振動(dòng)的振幅A越小由此可知，在需要防止共振危害的時(shí)候，要想辦法使驅(qū)動(dòng)力頻

3、率和固有頻率_，而且相差越_越好 (2)應(yīng)用：在需要利用共振時(shí)，應(yīng)設(shè)法使驅(qū)動(dòng)力的頻率_物體的固有頻率 共振篩、微波爐、核磁共振成像及樂(lè)器上的共鳴箱等都是利用共振的實(shí)例,不相等,多,等于或接近,核心要點(diǎn)突破,一、阻尼振動(dòng) 1阻尼振動(dòng) 振幅逐漸減小的振動(dòng)叫做阻尼振動(dòng)，也叫減幅振動(dòng) 實(shí)際的振動(dòng)系統(tǒng)不可避免地要受到摩擦力和其他阻力作用(即受到阻尼的作用)，將一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，導(dǎo)致振動(dòng)的總能量不斷減小，因而振動(dòng)的振幅也不斷減小,2影響振幅減小的因素 振幅減小的快慢跟振動(dòng)所受的阻尼有關(guān)，阻尼越大，振幅減小得越快，阻尼越小，振幅減小得越慢當(dāng)阻尼很小時(shí)，在一段不太長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)振幅沒(méi)有明顯的減小，

4、可認(rèn)為是等幅振動(dòng) (1)同一簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)能量的大小由振幅大小決定 (2)物體做無(wú)阻尼振動(dòng)，并不一定指它不受阻尼，而是指它在振動(dòng)過(guò)程中保持振幅不變 (3)物體做阻尼振動(dòng)時(shí)，振幅雖然不斷減小，但振動(dòng)的頻率仍由振動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)所決定，并不會(huì)隨振幅的減小而變化例如用力敲鑼，由于鑼受到阻尼作用，振幅越來(lái)越小，鑼聲減弱，但音調(diào)不變,3阻尼振動(dòng)的圖像 阻尼振動(dòng)的圖像如圖152所示 圖152,即時(shí)應(yīng)用 (即時(shí)突破，小試牛刀) 1下列說(shuō)法正確的是() A阻尼振動(dòng)也叫減幅振動(dòng) B實(shí)際的振動(dòng)系統(tǒng)不可避免地受到阻尼作用 C阻尼振動(dòng)的振幅逐漸減小，所以周期也逐漸減小 D阻尼過(guò)大時(shí)，系統(tǒng)將不能發(fā)生振動(dòng),解析：選ABD.實(shí)際

5、生活中的振動(dòng)都要受到阻尼作用，振幅逐漸減小，但周期保持不變，故A、B正確，C錯(cuò)誤阻尼過(guò)大時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)很快停止振動(dòng),二、對(duì)共振的進(jìn)一步理解 1共振曲線 (1)圖154表示的是用圖153所示裝置進(jìn)行共振實(shí)驗(yàn)所得的共振曲線：曲線表示受迫振動(dòng)的振幅A(縱坐標(biāo))隨驅(qū)動(dòng)力頻率f(橫坐標(biāo))的變化而變化 驅(qū)動(dòng)力頻率f跟固有頻率f0相差越小，振幅越大；驅(qū)動(dòng)力頻率f等于振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率f0時(shí)，振幅最大 圖153圖154圖155,(2)我們還可以用圖154表示出用圖155所示裝置進(jìn)行共振實(shí)驗(yàn)的共振曲線：曲線表示受迫振動(dòng)的振幅A(縱坐標(biāo))取決于各自的固有頻率f(橫坐標(biāo)) 固有頻率f跟驅(qū)動(dòng)力頻率f0相差越小，振幅越大

6、；固有頻率f等于驅(qū)動(dòng)力頻率f0時(shí)，單擺的振幅最大,2對(duì)共振成因的分析 當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率等于物體的固有頻率時(shí)，做受迫振動(dòng)的物體振幅達(dá)到最大 (1)從受力角度看：振動(dòng)物體所受驅(qū)動(dòng)力的方向跟它的運(yùn)動(dòng)方向相同時(shí)，驅(qū)動(dòng)力對(duì)它起加速作用，使它的振幅增大，驅(qū)動(dòng)力的頻率跟物體的固有頻率越接近，使物體振幅增大的力的作用次數(shù)就越多，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力頻率等于物體的固有頻率時(shí)，它的每一次作用都使物體的振幅增加，從而振幅達(dá)到最大,(2)從功能關(guān)系看：當(dāng)驅(qū)動(dòng)力頻率越接近物體的固有頻率時(shí)，驅(qū)動(dòng)力與物體運(yùn)動(dòng)一致的次數(shù)越多，驅(qū)動(dòng)力對(duì)物體做正功越多，振幅就越大當(dāng)驅(qū)動(dòng)力頻率等于物體固有頻率時(shí)，驅(qū)動(dòng)力始終對(duì)物體做正功，使振動(dòng)能量不斷增加，振幅

7、不斷增大，直到增加的能量等于克服阻尼作用損耗的能量，振幅才不再增加,即時(shí)應(yīng)用 (即時(shí)突破，小試牛刀) 2部隊(duì)經(jīng)過(guò)橋梁時(shí)，規(guī)定不許齊步走，登山運(yùn)動(dòng)員登高山時(shí)，不許高聲叫喊，主要原因是() A減輕對(duì)橋的壓力，避免產(chǎn)生回聲 B減小對(duì)橋、雪山的沖力 C避免使橋發(fā)生共振和使雪山發(fā)生共振 D使橋受到的壓力更不均勻，使登山運(yùn)動(dòng)員耗散能量減少,解析：選C.這是由于隊(duì)伍前進(jìn)時(shí)步伐的頻率過(guò)于整齊且與橋的固有頻率非常接近使橋發(fā)生了共振現(xiàn)象的原因，所以部隊(duì)行軍過(guò)橋時(shí)要便步行走,課堂互動(dòng)講練,如圖156所示是單擺做阻尼振動(dòng)時(shí)的振動(dòng)圖像，下列說(shuō)法正確的是() A擺球在A時(shí)刻的動(dòng)能等于在B時(shí)刻的動(dòng)能 B擺球在A時(shí)刻的勢(shì)能等

8、于在B時(shí)刻的勢(shì)能 C擺球在A時(shí)刻的機(jī)械能等于在B時(shí)刻的機(jī)械能 D擺球在后一時(shí)刻的動(dòng)能總比前一時(shí)刻的動(dòng)能小,圖156,【精講精析】由于單擺在阻尼振動(dòng)中，要不斷克服阻力作用做功，所以機(jī)械能要不斷減小，即后一時(shí)刻的機(jī)械能總小于前一時(shí)刻的機(jī)械能，但后一時(shí)刻的動(dòng)能或勢(shì)能可以大于前一時(shí)刻的動(dòng)能或勢(shì)能，由于A、B兩時(shí)刻擺球的位移相同，故單擺在這兩個(gè)時(shí)刻的勢(shì)能相等而A時(shí)刻擺球機(jī)械能大于B時(shí)刻的機(jī)械能，故B時(shí)刻動(dòng)能小于A時(shí)刻動(dòng)能故答案為B. 【答案】B 【方法總結(jié)】阻尼振動(dòng)的實(shí)質(zhì)是能量在減少，其直觀表現(xiàn)是振幅在減小,變式訓(xùn)練1彈簧振子在振動(dòng)過(guò)程中振幅逐漸減小，這是由于() A振子開(kāi)始振動(dòng)時(shí)振幅太小 B在振動(dòng)過(guò)程

9、中要不斷克服外界阻力做功，消耗能量 C動(dòng)能和勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化 D振子的機(jī)械能逐漸轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 解析：選BD.由于有阻力，振子的機(jī)械能減小，振幅減小，損失的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,(2011年北京海淀區(qū)模擬)如圖157所示，五個(gè)擺懸掛于同一根繃緊的水平繩上，A是擺球質(zhì)量較大的擺，讓它擺動(dòng)后帶動(dòng)其他擺運(yùn)動(dòng)，下列結(jié)論正確的是() A其他各擺的振動(dòng)周期與A擺的相同 B其他各擺的振幅都相等 C其他各擺的振幅不同，E擺的振幅最大 D其他各擺的振動(dòng)周期不同，D擺周期最大,圖157,【自主解答】受迫振動(dòng)的周期都應(yīng)等于驅(qū)動(dòng)力的周期(A擺的周期)A、E兩擺為雙線擺，其等效擺長(zhǎng)相等，LALE，A擺振動(dòng)后迫使水平繩振動(dòng)，水平繩再

10、迫使其他擺振動(dòng)，由于E擺的固有周期與驅(qū)動(dòng)力A擺的周期相同，所以E擺的振幅最大，B、C、D三個(gè)擺的固有周期偏離驅(qū)動(dòng)力A擺的周期各不相同，所以它們振動(dòng)的振幅各不相同,【答案】 AC 【方法總結(jié)】受迫振動(dòng)的周期等于驅(qū)動(dòng)力的周期，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的周期等于系統(tǒng)的固有周期時(shí)，物體發(fā)生共振，振幅最大，且與固有周期相差越遠(yuǎn)，振幅越小,圖158,解析：選AD.擺振動(dòng)時(shí)，通過(guò)水平繩子對(duì)其他四個(gè)擺形成一個(gè)周期性的驅(qū)動(dòng)力，其周期等于T，它恰好等于B擺自由振動(dòng)的固有周期，所以B擺的振幅最大穩(wěn)定時(shí)，其他各擺的振動(dòng)周期都等于驅(qū)動(dòng)力的周期，所以A擺的振動(dòng)周期也為T.,把一個(gè)篩子用四根彈簧支起來(lái)，篩子上一個(gè)電動(dòng)偏心輪，它每轉(zhuǎn)一周，給篩子一個(gè)驅(qū)動(dòng)力，這樣就做成了一個(gè)共振篩，篩子做自由振動(dòng)時(shí)，完成10次全振動(dòng)用時(shí)15 s，在某電壓下，電動(dòng)偏心輪轉(zhuǎn)速是36 r/min.已知增大電壓可使偏心輪轉(zhuǎn)速提高；增加篩子的質(zhì)量，可以增大篩子的固有周期那么要使篩子的振幅