2012高中物理 11.5 外力作用下的振动课件 新人教版选修3-4[1].ppt

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1、一、阻尼振动与无阻尼振动的比较(1)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，由系统本身决定；(2)无阻尼振动是一种理想情况，也叫简谐振动.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.【典例1】一单摆在空气中振动,振幅逐渐减小.下列说法正确的是()A.机械能逐渐转化为其他形式的能B.后一时刻的动能一定小于前一时刻的动能C.后一时刻的势能一定小于前一时刻的势能D.后一时刻的机械能一定小于前一时刻的机械能【解题指导】在阻尼振动中,振动系统的动能和势能之和减小.但在一段较短的时间内,动能和势能不一定都减小,关键要

2、分析动能与势能之间是如何转化的.【标准解答】选A、D.单摆在振动过程中,因不断克服空气阻力做功,使机械能逐渐转化为内能,选项A和D对;虽然单摆总的机械能在逐渐减小,但在振动过程中动能和势能仍不断地相互转化,动能转化为势能时,动能逐渐减小,势能逐渐增大,而势能转化为动能时,势能逐渐减小,动能逐渐增大,所以不能断言后一时刻的动能(或势能)一定小于前一时刻的动能(或势能),故选项B、C不对.【变式训练】一单摆做阻尼振动,则在振动过程中()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.振动过程中,机械能不守

3、恒,周期不变【解析】选B、D.因单摆做阻尼振动,根据阻尼振动的定义可知,其振幅越来越小.而单摆振动过程中的周期是其固有周期,是由本身条件决定的,是不变的,故A项错误,B项正确.又因单摆做阻尼振动过程中,振幅逐渐减小,振动的能量也在减少,即机械能在减少,所以C项错,D项对.【变式备选】(2011·太原高二检测)下列说法中正确的是()A.阻尼振动是减幅振动B.实际的振动系统不可避免地要受到阻尼作用C.阻尼振动的振幅逐渐减小,所以周期也逐渐减小D.阻尼过大时,系统将不能发生振动【解析】选A、B、D.阻尼振动即振动过程中受到阻力作用的振动,因为实际的运动在空气中要受到空

4、气的阻力作用,因此不可避免地受到阻尼作用,即B选项正确;由于振幅是振动系统能量大小的标志,阻尼振动过程中由于要克服阻力做功,消耗系统的机械能,因此系统机械能减小,所以振幅要减小,则A选项正确;但是振动系统的周期与振幅无关,因此阻尼振动尽管是减幅振动,但其固有周期不变,当阻尼过大时由于合外力可能为零,将不能提供回复力,则振动系统将不能发生振动,此时振动系统的周期可看做无穷大,因此C选项不正确,D选项正确.二、自由振动、受迫振动和共振的比较(1)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；(2)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

5、子的固有频率相等时，就会发生共振现象.【典例2】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12.6m，列车固有振动周期为0.315s．下列说法正确的是()A．列车的危险速率为40m/sB．列车过桥需要减速，是为了防止列车发生共振现象C．列车运行的振动频率和列车的固有频率总是相等的D．增加钢轨的长度有利于列车高速运行【解题指导】(1)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；

6、(2)“列车固有振动周期为0.315s”表示火车的实际周期必须与之不相等.【标准解答】选A、B、D．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v==40m/s，A正确．为了防止共振现象发生，列车过桥时需要减速，B正确.由v=知L增大时，T不变，v变大，D正确．【互动探究】当火车的速度超过40m/s，火车的运动是不是安全的？【解析】火车在行驶中是否安全关键是看火车振动的幅度，根据受迫振动的振幅与驱动力频率的关系(如图所示)可知，当频率比较大时，受迫振动的振幅也比较小，因此当车速大于40m/s，火车行驶也是安全的.三、共振的进一步

7、分析1.从受力角度来看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物体的振幅增加，从而使振幅达到最大．2.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致的次数越多，驱动力对物体做正功越多，振幅就越大．当驱动力频率等于物体固有频率时，驱动力始终对物体做正功，使振动能量不断增加，振幅不断增大，直到增加的能量等于克服阻尼作用损耗的能量时，振幅才不再增加．3.利用共振解决问题(1)在分

8、析解答有关共振问题时，要