高中三年级公开课优质课件精选外力作用下的振动.ppt
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1、外力作用下的振动外力作用下的振动执教教师:XXX一、阻尼振动与无阻尼振动的比较一、阻尼振动与无阻尼振动的比较 (1) (1)阻尼振动的振幅不断减小,能量不断减少,阻尼振动的振幅不断减小,能量不断减少,但阻尼振动的频率不变,其频率为固有频率,由系统本身决但阻尼振动的频率不变,其频率为固有频率,由系统本身决定;定;(2)(2)无阻尼振动是一种理想情况,也叫简谐振动无阻尼振动是一种理想情况,也叫简谐振动. .实际中的振实际中的振动都会受到阻力的作用,当阻力较小时,可认为是简谐运动动都会受到阻力的作用,当阻力较小时,可认为是简谐运动. .【典例【典例1 1】一单摆在空气中振动】一单摆在空气中振动, ,
2、振幅逐渐减小振幅逐渐减小. .下列说法正确下列说法正确的是的是( )( )A.A.机械能逐渐转化为其他形式的能机械能逐渐转化为其他形式的能B.B.后一时刻的动能一定小于前一时刻的动能后一时刻的动能一定小于前一时刻的动能C.C.后一时刻的势能一定小于前一时刻的势能后一时刻的势能一定小于前一时刻的势能D.D.后一时刻的机械能一定小于前一时刻的机械能后一时刻的机械能一定小于前一时刻的机械能 【解题指导【解题指导】在阻尼振动中在阻尼振动中, ,振动系统的动能和势能之振动系统的动能和势能之和减小和减小. .但在一段较短的时间内但在一段较短的时间内, ,动能和势能不一定都减小动能和势能不一定都减小, ,关
3、关键要分析动能与势能之间是如何转化的键要分析动能与势能之间是如何转化的. .【标准解答【标准解答】选选A A、D.D.单摆在振动过程中单摆在振动过程中, ,因不断克服空气阻因不断克服空气阻力做功力做功, ,使机械能逐渐转化为内能使机械能逐渐转化为内能, ,选项选项A A和和D D对对; ;虽然单摆总的虽然单摆总的机械能在逐渐减小机械能在逐渐减小, ,但在振动过程中动能和势能仍不断地相互但在振动过程中动能和势能仍不断地相互转化转化, ,动能转化为势能时动能转化为势能时, ,动能逐渐减小动能逐渐减小, ,势能逐渐增大势能逐渐增大, ,而势而势能转化为动能时能转化为动能时, ,势能逐渐减小势能逐渐减
4、小, ,动能逐渐增大动能逐渐增大, ,所以不能断言所以不能断言后一时刻的动能后一时刻的动能( (或势能或势能) )一定小于前一时刻的动能一定小于前一时刻的动能( (或势能或势能),),故选项故选项B B、C C不对不对. .二、自由振动、受迫振动和共振的比较二、自由振动、受迫振动和共振的比较 (1) (1)受迫振动的振幅可以不变,但受迫振动的机受迫振动的振幅可以不变,但受迫振动的机械能是不守恒的;械能是不守恒的;(2)(2)共振不是一种振动,它是受迫振动中的一种现象,当驱动共振不是一种振动,它是受迫振动中的一种现象,当驱动力的频率和振子的固有频率相等时,就会发生共振现象力的频率和振子的固有频率
5、相等时,就会发生共振现象. .【典例【典例2 2】铺设铁轨时,每两根钢轨接缝处都必须留有一定的】铺设铁轨时,每两根钢轨接缝处都必须留有一定的间隙,匀速运行的列车经过轨端接缝处时,车轮就会受到一间隙,匀速运行的列车经过轨端接缝处时,车轮就会受到一次冲击由于每一根钢轨长度相等,所以这个冲击力是周期次冲击由于每一根钢轨长度相等,所以这个冲击力是周期性的,列车受到周期性的冲击做受迫振动普通钢轨长为性的,列车受到周期性的冲击做受迫振动普通钢轨长为12.6 m12.6 m,列车固有振动周期为,列车固有振动周期为0.315 s0.315 s下列说法正确的是下列说法正确的是( )( )A A列车的危险速率为列
6、车的危险速率为40 m/s40 m/sB B列车过桥需要减速,是为了防止列车发生共振现象列车过桥需要减速,是为了防止列车发生共振现象C C列车运行的振动频率和列车的固有频率总是相等的列车运行的振动频率和列车的固有频率总是相等的D D增加钢轨的长度有利于列车高速运行增加钢轨的长度有利于列车高速运行 【解题指导【解题指导】(1)(1)火车轮每过一根钢轨就会振动一次,火车轮每过一根钢轨就会振动一次,所以通过一根钢轨的时间就是火车实际振动的周期;所以通过一根钢轨的时间就是火车实际振动的周期;(2)(2)“列车固有振动周期为列车固有振动周期为0.315 s0.315 s”表示火车的实际周期必表示火车的实
7、际周期必须与之不相等须与之不相等. .【标准解答【标准解答】选选A A、B B、D D对于受迫振动,当驱动力的频率与对于受迫振动,当驱动力的频率与固有频率相等时将发生共振现象,所以列车的危险速率固有频率相等时将发生共振现象,所以列车的危险速率v= v= =40 m/s=40 m/s,A A正确为了防止共振现象发生,列车过桥时需要正确为了防止共振现象发生,列车过桥时需要减速,减速,B B正确正确. .由由v= v= 知知L L增大时,增大时,T T不变,不变,v v变大,变大,D D正确正确三、共振的进一步分析三、共振的进一步分析1.1.从受力角度来看从受力角度来看振动物体所受驱动力的方向跟它的
8、运动方向相同时,驱动力振动物体所受驱动力的方向跟它的运动方向相同时,驱动力对它起加速作用,使它的振幅增大,驱动力的频率跟物体的对它起加速作用,使它的振幅增大,驱动力的频率跟物体的固有频率越接近,使物体振幅增大的力的作用次数就越多,固有频率越接近,使物体振幅增大的力的作用次数就越多,当驱动力频率等于物体的固有频率时,它的每一次作用都使当驱动力频率等于物体的固有频率时,它的每一次作用都使物体的振幅增加,从而使振幅达到最大物体的振幅增加,从而使振幅达到最大2.2.从功能关系来看从功能关系来看当驱动力频率越接近物体的固有频率时,驱动力与物体运动一当驱动力频率越接近物体的固有频率时,驱动力与物体运动一致
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