2018年河北省邢台市高中物理 第十一章 机械振动 11.5 外力作用下的振动1学案（无答案）新人教版选修3-4.docVIP

11.5 外力作用下的振动 [目标定位] 1.知道什么是阻尼振动和无阻尼振动，并能从能量的观点给予说明.2.知道受迫振动的概念．知道受迫振动的频率等于驱动力的频率，而跟振动物体的固有频率无关.3.知道共振以及发生共振的条件，知道共振的应用和防止的实例． 一、阻尼振动 [问题设计] 在研究弹簧振子和单摆振动时，我们强调忽略阻力的影响，它们做的振动都属于简谐运动．而实际上，在实验室中让一个弹簧振子振动起来，经过一段时间它将停止振动，你知道是什么原因造成的吗？ [要点提炼] 1．固有振动 如果振动系统不受 的作用，此时的振动叫做固有振动，其振动频率称为 ． 2．阻尼振动 (1)系统受到摩擦力或其他阻力的作用时，我们说振动受到了阻尼．系统克服阻尼的作用要消耗 ，因而振幅减小，最后停下来，阻尼振动的图象如图1所示． 图1 (2)阻尼振动的振幅不断减小，系统的机械能不断减少，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．例如：用力敲锣，由于锣受到空气的阻尼作用，振幅越来越小，锣声减弱，但音调不变． 二、受迫振动 [问题设计] 如图2所示，当弹簧振子自由振动时，振子就会慢慢地停下来，怎样才能使振子能够持续振动下去？ 图2 [要点提炼] 1．受迫振动 加在振动系统上的 的外力，叫做驱动力．系统在驱动力作用下的振动叫做受迫振动． 2．受迫振动的周期和频率 做受迫振动的物体振动稳定后，其振动频率等于 的频率，跟系统的固有频率 (填“有关”或“无关”)． 三、共振 [问题设计] 你知道部队过桥时为什么要便步走吗？ [要点提炼] 1．共振的条件 驱动力的频率与系统的 相等，即f驱＝ ． 2．共振曲线 如图3所示，共振曲线的横坐标为驱动力的频率，纵坐标为受迫振动系统的振幅．当驱动力的频率与系统的固有频率相等时，受迫振动的振幅 ． 图3 3．共振的利用与防止 (1)利用：在应用共振时，使驱动力频率 振动系统的固有频率．如：共振筛、荡秋千、共振转速计等． (2)防止：在防止共振时，使驱动力的频率与系统的固有频率 ．如：部队过桥应便步走、火车过桥要减速等． 4．固有振动、受迫振动和共振的比较 振动类型 比较项目 固有振动 受迫振动 共振 受力情况 仅受回复力 作用 周期性驱动力作用 振动周期或频率 由系统 决定，即固有周期或固有频率 由驱 决定，即T＝T驱或f＝f驱 T驱＝ 或f驱＝ 振动能量 振动物体的机械能( ) 由产生驱动力的物体提供 振动物体获得的能量最大 常见例子 弹簧振子或单摆 机器运转时底座发生的振动 共振筛、声音的共鸣等 一、对阻尼振动的理解 例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．在振动过程中，机械能不守恒 二、对受迫振动的理解 例2 如图4所示，把两个弹簧振子悬挂在同一支架上，已知甲弹簧振子的固有频率为9 Hz，乙弹簧振子的固有频率为72 Hz，当支架在受到竖直方向且频率为9 Hz的驱动力作用做受迫振动时，则两个弹簧振子的振动情况是( ) 图4 A．甲的振幅较大，且振动频率为18 Hz B．甲的振幅较大，且振动频率为9 Hz C．乙的振幅较大，且振动频率为9 Hz D．乙的振幅较大，且振动频率为72 Hz 三、对共振的理解 例3 如图5所示的演示装置，一根张紧的水平绳上挂着五个单摆，其中A、E摆长相同，先使A摆动，其余各摆也随着摆动起来，可以发现振动稳定后( ) 图5 A．各摆的固有周期均相同 B．各摆振动的周期均与A摆相同 C．C摆振幅最大 D．B摆振动周期最小 例4 一个单摆做受迫振动，其共振曲线(振幅A与驱动力的频率f的关系)如图6所示，则( ) 图6 A．此单摆的固有周期约为0.5 s B．此单摆的摆长约为1 m C．若摆长增大，单摆的固有频率增大 D．若摆长增大，共振曲线的峰将向右移动 1．(对阻尼振动的理解)做阻尼振动的振子哪些物理量在减小( ) A．机械能 B．振幅 C．周期 D．频率 2．(对受迫振动的理解)如图7所示，曲轴上悬挂一弹簧振子，转动摇把，曲轴可以带动弹簧振子上下振动．开始时不转动摇把，让振子上下自由振动，测得振动频率为2 Hz，然后匀速转动摇把，转速为240 r/min，当振子振动稳定后，它的振动周期为( ) 图7 A. s B. s C．2 s D．4 s 3．(阻尼振动中的能量)如图8所示是一个水平弹