高中物理课件：第9章第五节第六节第七节《相位》《简谐运动的能量》《阻尼振动》（人教版选修3-4）

欢迎进入物理课堂 第五节相位 略 第六节简谐运动的能量阻尼振动第七节受迫振动共振 目标概览学习目标 1 知道简谐运动能量大小的决定因素 知道阻尼振动的概念 2 知道受迫振动的概念 知道受迫振动频率的决定条件及共振现象 知道声音的共鸣现象 3 知道如何利用和防止共振 重点难点 1 重点 简谐运动中机械能的转化和守恒 受迫振动及共振的条件 2 难点 对受迫振动频率的认识 学法指导 通过对受迫振动及共振的分析 把握物理量的决定因素 体会振动中的能量转化 核心要点突破 课堂互动讲练 随堂达标自测 第五节相位 略 第六节简谐运动的能量阻尼振动第七节受迫振动共振 基础知识梳理 课时活页训练 基础知识梳理 一 简谐运动的能量弹簧振子和单摆在振动过程中 和 不断地发生转化 在平衡位置时 最大 最小 在位移最大时 最大 为零 在任意时刻动能和势能的总和就是振动系统的总机械能 动能 势能 势能 势能 动能 动能 弹簧振子和单摆是在弹力或重力的作用下发生振动的 如果不考虑摩擦和空气阻力 只有弹力或重力做功 那么振动系统的 守恒 振动系统的机械能跟 有关 越大 机械能就越大 思考1 振动系统的能量越大 振动的越快 这种说法对吗 思考 提示 1 不对 机械能 振幅 振幅 二 阻尼振动1 定义 振幅 的振动 叫做阻尼振动 2 阻尼振动的图象如图9 5 1所示 3 阻尼振动的振幅减小的快慢跟 有关 越大 振幅减小得 振动停下来也越快 图9 5 1 逐渐减小 阻尼大小 阻尼 越快 三 受迫振动1 驱动力 作用在振动系统上的 外力叫做驱动力 2 受迫振动 物体在 作用下的振动叫做受迫振动 3 受迫振动的频率物体做受迫振动时 振动稳定后的频率等于 的频率 跟物体的 无关 思考2 简谐运动的周期为T 动能和势能转化的周期是多少 周期性 外界驱动力 驱动力 固有频率 四 共振1 受迫振动的振幅A与驱动力的频率f的关系驱动力频率f 振动物体的固有频率f 时 振幅最大 驱动力的频率f跟固有频率f 相差越大 振幅 2 共振 驱动力的频率等于物体的固有频率时 受迫振动的振幅最大 这种现象叫做共振 3 声音的共鸣 通常叫做共鸣 等于 越小 声音的共振现象 一 理解阻尼振动和无阻尼振动1 阻尼振动 减幅振动 振动物体克服摩擦力和其他阻力做了功 它自己的能量逐渐减小 振幅也随着变小 2 无阻尼振动 等幅振动 振动物体从外界获取能量 恰好补偿了它的能量损耗 这时它的振幅将保持不变 称为无阻尼振动 如时钟上钟摆的振动 核心要点突破 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 用力敲锣 由于锣受到空气的阻尼作用 振幅越来越小 但音调不变 就是一个实例 要注意区分阻尼振动和无阻尼振动 见下表 二 自由振动 受迫振动 共振 特别提醒1 自由振动 江山易改 本性难移 2 受迫振动 受人控制 身不由己 3 共振 兴趣相同 积极表现 三 对共振曲线的理解1 理解两轴意义 纵轴 受迫振动的振幅 如图9 5 2所示 横轴 驱动力的频率 2 f 的意义 固有频率 图9 5 2 3 认识曲线形状 f f 共振 振幅最大 f f 或f f 相差越大 振幅越小 特别提醒处理如何应用和防止共振 要联系受迫振动的振幅与驱动力的关系 两频率越接近振幅越大 应用共振时让两频率接近 防止则远离 即时应用如图9 5 3所示简谐运动的图象 在0 t 4s的时间范围内 振动物体势能最大的时刻是 振动物体动能最大的时刻是 图9 5 3 解析 在简谐运动中 振动物体的位移越大 其势能越大 位移越小 势能越小 动能越大 根据图象找出位移最大 最小的时刻即可 所以势能最大的时刻为t 1s t 3s两个时刻 动能最大的时刻为t 2s 答案 1s和3s2s 课堂互动讲练 如图9 5 4所示是单摆做阻尼振动的振动图线 下列说法中正确的是 图9 5 4 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 解析 由于振幅逐渐减小 故摆球的机械能逐渐减小 选项C错误 D正确 摆球的势能是由摆球相对于零势能点的高度h和摆球的质量m共同决定的 Ep mgh 单摆摆球的质量是定值 由于A B两时刻摆球的位移相同 故这两个时刻摆球相对于零势能点的高度相同 势能也相同 选项B正确 由于A时刻的机械能大于B时刻的机械能 而A B两时刻势能相等 故A时刻的动能大于B时刻的动能 选项A错误 所以 选项B D正确 答案 BD 思维升华 振幅的大小表征一个振动系统总机械能的大小 当振动过程有介质阻力做功时 机械能减少并转化为内能 故振幅减小 阻尼振动的过程中动能或势能在一段时间内可以是增大的 图9 5 5 A B摆振动的振幅最大B E摆振动的振幅最大C C摆振动周期为TD A摆振动周期大于T 解析 这是一个受迫振动的问题 由D摆提供驱动力 提供A B C E摆振动的能量 A B C E摆做受迫振动 其振动的频率和周期等于D摆的振动频率和周期 故C选项正确 因为B摆的摆长与D摆相等 D摆的固有周期等于驱动力的周期 满足发生共振的条件 B摆发生共振 与A C E摆相比振幅最大 故A选项正确 答案 AC 思维升华 在分析受迫振动时 弄清驱动力的来源 明确受迫振动的驱动力频率和固有频率的关系是解决问题的关键 将一个铁筛四角用4根弹簧支起 筛子上装一个电动偏心轮 它每转动一周给筛子提供一次驱动力 已知增大电动偏心轮的输入电压 可提高转速 增大筛子质量 可增大筛子的固有周期 现在已知筛子完成10次全振动用了15s 电动偏心轮转速为36r min 则要使筛子振动的振幅增大 可采用的办法是 A 提高电动偏心轮的输入电压B 降低电动偏心轮的输入电压C 增大筛子的质量D 减小筛子的质量 B错误 另外还可以使f固减小同样可以使其发生共振 达到增大振幅的目的 而筛子的质量越大 其固有频率越小 所以增大筛子的质量同样可以达到目的 则C项正确 D项错误 答案 AC 思维升华 发生共振时 筛子振动的振幅最大 所以要使筛子振动的振幅增大 就是要使两者的周期相同 随堂达标自测 课时活页训练 本部分内容讲解结束 点此进入课件目录 按ESC键退出全屏播放 谢谢使用 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全