【精选】沪科版高中物理选修(35)1.4《受迫振动与共振》word学案-物理知识点总结

高中数学、数学课件、高中数学教案、数学试卷试题、数学知识点总结 1.4 受迫振动与共振 [学习目标定位] 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 道常见的共振的应用和危害. 1.振幅是表示振动强弱的物理量.对同一振动系统,振幅越大,表示振动系统的能量越大. 2.简谐运动是一种理想化的振动状态,没有考虑阻力做功,即没有能量损失.弹簧振子和单摆在 振动过程中动能和势能不断转化,机械能守恒(忽略阻力的作用). 3.振动系统在振动过程中由于受到介质阻力作用而不断损失机械能,致使振幅不断减小,这种振 动叫做阻尼振动. 4.振动系统在周期性变化的外力作用下,得到了能量补偿,使振动持续下去,这种外力叫做驱动 力,系统在周期性变化的驱动力作用下的振动叫做受迫振动. 5.振子做自由振动时的频率叫做振动系统的固有频率. 6.物体做受迫振动时,振动稳定后的频率等于驱动力的频率,跟物体自身的固有频率无关. 7.当驱动力的频率跟物体的固有频率相等时,物体做受迫振动的振幅最大,这种现象叫做共振. 一、振动中的能量损失 [问题设计] 1.在研究弹簧振子和单摆振动时,我们强调忽略阻力的影响,它们做的振动都属于简谐运动.如 图 1 所示,置于空气中的弹簧振子振动时,它的振幅有没有变化?它会一直振动下去吗? 高中数学、数学课件、高中数学教案、数学试卷试题、数学知识点总结 高中数学、数学课件、高中数学教案、数学试卷试题、数学知识点总结 图1 答案 振子在空气中振动时,振幅缓慢减小,最终会停止振动. 2.若将振子浸没在水中,振子的振动情况有什么明显变化? 答案 振子在水中振动时,会发现振幅明显减小,振动很快停止. [要点提炼] 1.对阻尼振动的理解 (1)同一简谐运动能量的大小由振幅的大小确定. (2)阻尼振动中振幅减小的快慢跟所受阻尼的大小有关,阻尼越大,振幅减小得越快. (3)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.例如,用力敲锣,由于锣受到空气的阻尼作用,振幅越来越小,锣声减弱,但音调不 变. (4)阻尼振动若在一段不太长的时间内振幅没有明显的减小,可以把它当作简谐运动来处理. 2.阻尼振动和无阻尼振动的比较 振动类型 比较内容 产生条件 阻尼振动 无阻尼振动 不受阻力作用或受到阻力 作用,但外界补充能量 振幅不变 受到阻力作用 如果没有能量补充,物体的振幅会 越来越小 振幅 振动图像 用锤敲锣,由于锣的振动,发出响 实例 亮的锣声,但锣声越来越弱,振幅 越来越小,属阻尼振动 例1 一单摆做阻尼振动,则在振动过程中( ) 弹簧振子的振动,单摆的 振动 高中数学、数学课件、高中数学教案、数学试卷试题、数学知识点总结 高中数学、数学课件、高中数学教案、数学试卷试题、数学知识点总结 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.在振动过程中,通过某一位置时,机械能始终不变 D.在振动过程中,机械能不守恒,周期不变 解析 该题考查阻尼振动的能量和周期.因单摆做阻尼振动,所以振幅越来越小,机械能越来越 小,振动周期不变. 答案 BD 二、受迫振动 [问题设计] 如图 2 所示,若把弹簧振子挂在曲轴上,然后均匀转动曲轴,等到振动稳定后发现振幅不会减小, 而且弹簧振子的频率与曲轴转动频率相等.当改变曲轴转动频率时,振子的频率也随之发生变化. 图2 (1)为什么振子的振幅不会减小? (2)振子受迫振动的频率与振子的固有频率、驱动力的频率之间有什么关系? 答案 (1)因为驱动力对其做功,周期性的补充能量,故振子的振幅不会减小.(2)振子受迫振动的 频率与驱动力的频率相等,与振子的固有频率无关. [要点提炼] 1.受迫振动 加在振动系统上的周期性外力,叫做驱动力.系统在驱动力作用下的振动叫做受迫振动. 2.受迫振动的周期和频率 物体做受迫振动时,振动稳定后的频率等于驱动力的频率,跟物体的固有频率无关. 例2 如图 3 所示,曲轴上悬挂一弹簧振子,转动摇把,曲轴可以带动弹簧振子上下振动.开始 时不转动摇把,让振子上下自由振动,测得振动频率为 2 Hz,然后匀速转动摇把,转速为 240 r/min,当振子振动稳定后,它的振动周期为( ) 图3 高中数学、数学课件、高中数学教案、数学试卷试题、数学知识点总结 高中数学、数学课件、高中数学教案、数学试卷试题、数学知识点总结 A. 1 s 2 1 B. s 4 C.2 s D.4 s 60 1 s= s. 240 4 解析 受迫振动的周期等于驱动力的周期,故 T= 答案 B 三、共振及其产生的条件 [问题设计] 如图 4 所示,几个不同的单摆悬挂在同一根较粗的绳子上,其中 A、D 摆长相等,使 A 摆摆动起来 后,A 摆的振动带动绳子做同样频率的晃动,就给了其他几个摆周期性变化的驱动力,使它们都振 动起来. 图4 (1)B、C、D、E 摆振动的频率是否相等?等于什么? (2)可观察到 D 的振幅最大,由此得出什么结论? 答案 (1)B、C、D、E 摆振动的频率都相等,等于 A 的振动频率.(2)当驱动力频率跟物体固有频 率相等时,物体做受迫振动的振幅最大. [要点提炼] 1.共振的条件 驱动力的频率与物体的固有频率相等,即 f=f 固. 2.共振曲线 如图 5 所示,共振曲线的横坐标为驱动力的频率,纵坐标为受迫振动物体的振幅. 图5 由共振曲线可知,当驱动力的频率与物体的固有频率相等时,受迫振动的振幅最大. 3.共振的利用与防止 高中数学、数学课件、高中数学教案、数学试卷试题、数学知识点总结 高中数学、数学课件、高中数学教案、数学试卷试题、数学知识点总结 (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

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