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第 4 节,理解教材新知,把握热点考向,应用创新演练,第一章,知识点一,知识点二,考向二,考向一,随堂基础巩固,课时跟踪训练,知识点三,1.系统的固有频率是指系统自由振动的 频率,由系统本身的特征决定。物体 做阻尼振动时,振幅逐渐减小,但振 动频率不变。 2物体做受迫振动的频率一定等于周期性驱动力的频率,与 系统的固有频率无关。 3当驱动力的频率与系统的固有频率相等时,发生共振,振 幅最大。 4物体做受迫振动时,驱动力的频率与固有频率越接近,振 幅越大,两频率差别越大,振幅越小。,自学教材,1阻尼振动 系统在振动过程中受到 的作用,振动逐渐消逝(A减小), 逐步转变为其他能量。,阻力,振动能量,2自由振动 系统不受外力作用,也不受任何 ,只在自身回复力作用下, 不变的振动。 3固有频率 的频率,由系统本身的特征决定。,阻力,振幅,自由振动,重点诠释,现实生活中的振动几乎都是阻尼振动,原因就是在振动中始终受到空气阻力的作用,系统克服阻力做功,机械能不再守恒,像挂钟不上发条,钟摆就会停下来。简谐运动是不受阻力的运动,不损失机械能,这是一种理想模型。下面为两种运动的对比:,1自由摆动的秋千,摆动的振幅越来越小,下列说法正确 的是() A机械能守恒 B能量正在消失 C总能量守恒,机械能减小 D只有动能和势能的相互转化,解析:自由摆动的秋千可以看做阻尼振动的模型,振动系统中的能量转化也不是系统内部动能和势能的相互转化,振动系统是一个开放系统,与外界时刻进行能量交换。系统由于受到阻力,消耗系统能量做功,而使振动的能量不断减小,但总能量守恒。 答案:C,自学教材,1持续振动的获得 实际的振动由于阻尼作用最终要停下来,要维持系统的持续振动,办法是使 的外力作用于振动系统,外力对系统做功,补偿系统的 。 2驱动力 作用于振动系统的 的外力。,周期性,能量损耗,周期性,3受迫振动 振动系统在 作用下的振动。 4受迫振动的频率 做受迫振动的系统振动稳定后,其振动周期(频率)等于 的周期(频率),与系统的 无关。,驱动力,驱动力,固有周期(频率),重点诠释,自由振动与受迫振动的对比,22011年3月日本发生了强烈地震灾害,导致很多房屋坍塌, 下列有关地震发生时的说法正确的是() A所有建筑物振动周期相同 B所有建筑物振幅相同 C建筑物的振动周期由其固有周期决定 D所有建筑物均做受迫振动 解析:所有建筑物均做受迫振动,其振动周期与固有周期无关,都等于驱动力的周期,故A、D正确。 答案:AD,自学教材,1共振 驱动力的 等于振动物体的 时,受迫振动的 的现象。 2产生共振的条件 驱动力频率 系统的固有频率。 3共振的特征 共振时受迫振动的 最大。,频率,固有频率,振幅最大,等于,振幅,4共振曲线 如图141所示。,图141,5共振的应用与防止 (1)共振的应用: 采用方法:在应用共振时,驱动力频率接近或等于振动系统的 。 实例: 。 (2)共振的防止: 采用方法:在防止共振时,驱动力频率与系统的 相差越大越好。 实例:部队过桥时用 ;火车过桥要 ;轮船航行时,改变航向或航速。,固有频率,转速计,固有频率,便步,慢开,重点诠释,1受迫振动和共振的比较 (1)共振是受迫振动的特殊情况: 受迫振动的频率不受固有频率的影响,但受迫振动的振幅与固有频率有关,即固有频率与驱动力频率越接近,振幅越大,当驱动力频率与固有频率相等时,振幅最大,发生共振。 (2)受迫振动的周期或频率等于驱动力的周期或频率,与系统的固有频率无关,但发生共振的条件是驱动力的频率与系统固有频率相等。,2对共振的进一步理解 (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)在分析解答有关共振问题时,要抓住产生共振的条件分析:驱动力的频率等于固有频率时产生共振,此时振动的振幅最大。 (2)在解决有关共振的实际问题时,要抽象出受迫振动这一物理模型,弄清驱动力频率和固有频率,然后利用共振的条件进行求解。,(3)图像法解决问题直观方便,利用共振图线可以找出最大振幅,以及振动的固有频率或固有周期,然后再利用周期公式进行分析,如图142所示。,图142,3如图143所示,三个单摆的摆长为L11.5 m,L2 1 m,L30.5 m,现用一周期等于2 s的驱动力,使它们做受迫振动,那么当它们的振动稳定时,下列判断中正确的是(),图143,A三个摆的周期和振幅相等 B三个摆的周期不等,振幅相等 C三个摆的周期相等,但振幅不等 D三个摆的周期和振幅都不相等,答案:C,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,思路点拨在阻尼振动中,振动系统的机械能减小,即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,关键要看动能与势能之间是如何转化的以及转化的快慢。 解析单摆在振动过程中,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。 答案AD,借题发挥 (1)振动的振幅逐渐减小,则振动系统的能量(机械能)逐渐减小,而振动系统的动能和势能如何变化,还要看振子是远离平衡位置还是向平衡位置振动。 (2)振动系统的能量不断减少,但其阻尼振动的频率是不变的,其频率为固有频率,由系统本身决定。,1一单摆做阻尼振动,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,机械能不守恒,周期不变,解析: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。 答案:BD,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12.6 m,列车固有振动周期为0.315 s。下列说法正确的是 () A列车的危险速率为40 m/s B列车过桥需要减速,是为了防止发生共振现象 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,思路点拨解答本题时应注意以下两点: (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; (2)“列车固有振动周期为0.315 s”表示火车的实际周期必须与之不相等。,答案ABD,借题发挥 分析、解决有关共振问题的方法: (1)在分析解答有关共振问题时,要抓住产生共振的条件:驱动力的频率等于固有频率时产生共振,此时振动的振幅最大。 (2)在解决有关共振的实际问题时,要抽象出受迫振动这一物理模型,弄清驱动力频率和固有频率,然后利用共振的条件进行求解。,2.如图144表示一弹簧振子做受迫振动时的 振幅与驱动力频率的关系,由图可知() A驱动力频率为f2时,振子处于共振状态 B驱动力频率为f3时,振子振动频率为f3 C假如让振子自由振动,它的频率为f2 D振子做自由振动时,频率可以为f1、f2、f3,解析:由共振曲线知,弹簧振子的固有频率为f2,故当驱动力的频率等于f2时,振子发生共振,A正确。当振子自由振动时其频率为固有频率,C正确、D错误。当驱动力的频率为f3时,振子做受迫振动,频率等于驱动力的频率f3,B正确。 答案:ABC,随堂基础巩固,点击下图片进入,课时跟踪训练,点击下图片进入,
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