1.知道什么是阻尼振動,什么是受迫振動,什么是共振。(物理觀念)2.知道阻尼振動能量的轉(zhuǎn)化情況。掌握物體做受迫振動的特點(diǎn)。(科學(xué)思維)3.掌握產(chǎn)生共振的條件。(科學(xué)思維)4.知道常見的共振的應(yīng)用和危害。(科學(xué)態(tài)度與責(zé)任)
基礎(chǔ)落實(shí)·必備知識全過關(guān)
重難探究·能力素養(yǎng)全提升
學(xué)以致用·隨堂檢測全達(dá)標(biāo)
一、阻尼振動1.自由振動系統(tǒng)不受外力作用,只在自身　　　　　　作用下的振動,稱為自由振動。理想情況下(即不受任何阻力,沒有任何能量損耗)自由振動的振幅保持不變,叫作無阻尼振動。自由振動的頻率叫作系統(tǒng)的固有頻率。?　　 由本身的特征決定2.阻尼振動系統(tǒng)在振動過程中受到摩擦及空氣阻力等的作用,振動逐漸　　　　,即振幅逐漸　　　　,振動能量逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌芰俊?
3.無阻尼振動和阻尼振動的振動圖像
二、受迫振動1.驅(qū)動力如果用周期性的外力作用于振動系統(tǒng),補(bǔ)償系統(tǒng)的能量損耗,使系統(tǒng)持續(xù)　　　　地振動下去,這種　　　　　　的外力叫作驅(qū)動力。?2.受迫振動系統(tǒng)在驅(qū)動力作用下的振動。做受迫振動的物體振動穩(wěn)定后,其振動頻率等于　　　　　　的頻率,與物體的固有頻率無關(guān)。?
三、共振驅(qū)動力的頻率等于振動物體的固有頻率時(shí),受迫振動的振幅最大,這種現(xiàn)象叫作共振。如圖表示受迫振動的振幅A與驅(qū)動力頻率f的關(guān)系,其中f0為振動物體的固有頻率。
四、共振的應(yīng)用和防止1.共振的應(yīng)用測量機(jī)器轉(zhuǎn)速的　　　　　　及篩分各種粒度的物料的　　　　　　。?2.共振的防止在需要防止共振時(shí),應(yīng)使驅(qū)動力的頻率遠(yuǎn)離振動系統(tǒng)的　　　　　　　。?
情境鏈接任何物體都有一定的固有頻率,如果把人作為一個(gè)有彈性的整體來看,在水平方向的固有頻率約為3~6 Hz,豎直方向的固有頻率約為4~8 Hz。有關(guān)部門作出規(guī)定:用手操作的各類振動機(jī)械的頻率必須大于20 Hz。你知道這是為什么嗎?
提示 若操作員工作時(shí)所受驅(qū)動力的頻率與自身的固有頻率接近或相等,就會對操作員的健康造成傷害。這樣規(guī)定是為了保障操作員的安全與健康,防止共振造成危害。
教材拓展閱讀教材P58“發(fā)展空間”,其中提到發(fā)射載人宇宙飛船時(shí),要考慮共振可能給航天員造成的傷害,其傷害原因是什么?
提示 因?yàn)槿说膬?nèi)臟和身軀的固有頻率一般在幾赫茲范圍內(nèi),而大型火箭發(fā)射時(shí)要產(chǎn)生較強(qiáng)的超低頻振動,這種振動形成的驅(qū)動力容易使人體器官發(fā)生共振,造成人體器官的損傷。
易錯(cuò)辨析(1)物體做受迫振動時(shí),其振動頻率與固有頻率有關(guān)。(　　)(2)物體在發(fā)生共振時(shí)的振動是受迫振動。(　　)(3)驅(qū)動力的頻率越大,物體做受迫振動的振幅越大。(　　)(4)阻尼振動的振幅逐漸減小,所以周期也逐漸減小。(　　)(5)有阻力的振動叫作受迫振動。(　　)(6)用重錘敲擊一下懸吊著的鐘后,鐘的擺動是受迫振動。(　　)(7)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接通電源后,振針的振動是受迫振動。(　　)
探究點(diǎn)一　簡諧運(yùn)動與阻尼振動的比較
導(dǎo)學(xué)探究如圖所示,該實(shí)驗(yàn)裝置為一掛在曲軸上的彈簧振子,勻速搖動手柄,下面的彈簧振子就會振動起來。如果手柄不動而用手拉動一下彈簧振子,會看到什么現(xiàn)象?這種振動屬于什么振動?該振動的頻率變嗎?
提示 振子的振幅逐漸減小。屬于阻尼振動。振動頻率保持不變。
知識歸納(1)阻尼振動考慮阻力的影響,是更實(shí)際的一種運(yùn)動。(2)二者對比列表如下。
特別提示　阻尼振動的三個(gè)特點(diǎn)(1)振幅逐漸減小,最后停止振動。(2)系統(tǒng)的機(jī)械能逐漸減少,最后耗盡。(3)周期、頻率不隨振幅的變化而變化。
應(yīng)用體驗(yàn)【例1】 (多選)一個(gè)單擺在空氣中振動,其振動圖像如圖所示。下列說法正確的是(　　)A.擺球在A時(shí)刻的動能等于B時(shí)刻的動能B.擺球在A時(shí)刻的勢能等于B時(shí)刻的勢能C.擺球在振動過程中振動的頻率發(fā)生變化D.擺球在A時(shí)刻的機(jī)械能大于B時(shí)刻的機(jī)械能
解析 單擺在振動過程中,不斷克服空氣阻力做功使機(jī)械能逐漸轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,振幅減小,但頻率不變,C項(xiàng)錯(cuò)誤,D項(xiàng)正確;雖然單擺總的機(jī)械能在逐漸減小,但在振動過程中動能和勢能仍在不斷地相互轉(zhuǎn)化,由于A、B兩時(shí)刻,單擺的位移相等,所以勢能相等,但動能不相等,A項(xiàng)錯(cuò)誤,B項(xiàng)正確。
方法技巧　理解阻尼振動的兩個(gè)方面一是振動的能量方面,由于阻力做負(fù)功,振動物體的機(jī)械能逐漸減小,振幅逐漸變小,但由于振動中動能與勢能相互轉(zhuǎn)化,不能說下一時(shí)刻的動能(或勢能)變小;二是振動的周期與頻率方面,周期與頻率由振動系統(tǒng)本身決定,阻尼振動中周期與頻率不變。
對點(diǎn)演練1(多選)一單擺在空氣中振動,振幅逐漸減小。下列說法正確的是(　　)A.機(jī)械能逐漸轉(zhuǎn)化為其他形式的能B.后一時(shí)刻的動能一定小于前一時(shí)刻的動能C.后一時(shí)刻的勢能一定小于前一時(shí)刻的勢能D.后一時(shí)刻的機(jī)械能一定小于前一時(shí)刻的機(jī)械能
解析 單擺在振動過程中,不斷克服空氣阻力做功,使機(jī)械能逐漸轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,選項(xiàng)A、D正確;雖然單擺總的機(jī)械能在逐漸減小,但在振動過程中動能和勢能仍在不斷地相互轉(zhuǎn)化,動能轉(zhuǎn)化為勢能時(shí),動能逐漸減小,勢能逐漸增大,而勢能轉(zhuǎn)化為動能時(shí),勢能逐漸減小,動能逐漸增大,所以不能斷言后一時(shí)刻的動能(或勢能)一定小于前一時(shí)刻的動能(或勢能),選項(xiàng)B、C錯(cuò)誤。
探究點(diǎn)二　受迫振動和共振
導(dǎo)學(xué)探究如圖所示,在一根張緊的繩子上掛五個(gè)單擺,其中A、B、C的擺長相等,當(dāng)A擺振動的時(shí)候,通過張緊的繩子給其他各擺施加驅(qū)動力,使其余各擺都發(fā)生擺動。(1)B、C、D、E擺振動的頻率是否相等?(2)四個(gè)擺的振幅哪個(gè)較大?
提示 (1)頻率相等,都等于A擺的頻率。(2)因A、B、C的擺長相等,固有頻率相等,故B擺和C擺的振幅較大。
知識歸納1.受迫振動的振幅與驅(qū)動力頻率的關(guān)系(1)兩坐標(biāo)軸的意義縱軸:受迫振動的振幅。橫軸:驅(qū)動力的頻率。(2)f0為振動物體的固有頻率。(3)認(rèn)識曲線形狀:當(dāng)f=f0時(shí),振幅最大,發(fā)生共振;當(dāng)f>f0或f

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5 阻尼振動 受迫振動

版本： 教科版 (2019)

年級： 選擇性必修 第一冊

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