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2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；知道在什么情况下可以把实际发生的振动看做简谐运动.2.知道什么叫驱动力，什么叫受迫振动，通过实验，认识受迫振动的特点.3.知道共振发生的条件以及应用共振和防止共振的事例和方法． 一、阻尼振动 1．固有振动 如果振动不受外力的作用，此时的振动叫做固有振动，其振动频率称为 ． 2．阻尼振动 阻力作用下的振动：当振动系统受到阻力的作用时，振动受到了 ，系统克服 的作用要做功，消耗机械能，因而 减小，最后停下来．振幅逐渐减小的振动，叫做阻尼振动． 想一想 阻尼振动中，在振幅逐渐减小的过程中，振子的周期如何变化？ 二、受迫振动 1．驱动力： 的外力． 2．受迫振动：系统在 作用下的振动． 想一想 受迫振动的频率与系统的固有频率有关吗？ 三、共振 1．受迫振动的频率：不管系统的固有频率如何，它做受迫振动的频率总等于周期性 的频率，与系统的 无关． 2．共振：驱动力频率f 系统的固有频率f0时，受迫振动的 最大，这种现象叫做共振． 想一想 自由振动、受迫振动和共振分别对应的周期(或频率)是什么？ 一、阻尼振动和受迫振动 1．阻尼振动是振动系统在阻力的作用下，振幅逐渐减小的振动． 说明：阻尼振动中振幅虽逐渐减小，但振动的频率不会变化，此频率称为固有频率，由振动系统决定． 2．受迫振动是指系统在驱动力作用下的振动．做受迫振动的物体的振动频率等于驱动力的频率，与物体的固有频率无关． 说明：受迫振动中，若周期性的驱动力给系统补充的能量与系统因振动阻尼消耗的能量相等，物体做等幅振动，但此振动不是简谐运动． 【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，周期不变 图11－5－1 【例2】 (2013·江苏，12B)如图11－5－1所示的装置，弹簧振子的固有频率是4 Hz.现匀速转动把手，给弹簧振子以周期性的驱动力，测得弹簧振子振动达到稳定时的频率为1 Hz，则把手转动的频率为( ) A．1 Hz B．3 Hz C．4 Hz D．5 Hz 二、对共振的理解 1．定义 物体做受迫振动时，当驱动力的频率等于系统的固有频率时，振动的振幅最大，这种现象叫共振． 2．发生共振的条件 f驱＝f固，即驱动力的频率等于振动系统的固有频率． 3．共振曲线(如图11－5－2所示) 图11－5－2 4．共振的防止与利用 (1)利用：由共振的条件知，要利用共振，就应尽量使驱动力的频率与物体的固有频率一致．如共振筛、荡秋千、共振转速计等． (2)防止：由共振曲线可知，在需要防止共振危害时，要尽量使驱动力的频率和固有频率不相等，而且相差越多越好．如：部队过桥应便步走． 说明：共振是物体做受迫振动时的一种特殊现象． 图11－5－3 【例3】 在一根张紧的水平绳上悬挂五个摆，其中A、E的摆长为l，B的摆长为0.5l，C的摆长为1.5l，D的摆长为2l，先使A振动起来，其他各摆随后也振动起来，则摆球振动稳定后( ) A．D的振幅一定最大 B．E的振幅一定最大 C．B的周期一定最短 D．四个摆的周期相同 图11－5－4 【例4】 如图11－5－4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，振子的振动频率为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 对阻尼振动的理解 1．若空气阻力不可忽略，单摆在偏角很小的摆动中，总是减小的物理量为( ) A．振幅 B．位移 C．周期 D．机械能 2．如 图11－5－5 图11－5－5所示是单摆做阻尼运动的位移—时间图线，下列说法中正确的是( ) A．摆球在P与N时刻的势能相等 B．摆球在P与N时刻的动能相等 C．摆球在P与N时刻的机械能相等 D．摆球在P时刻的机械能小于N时刻的机械能 对受迫振动的理解 图11－5－6 3．如图11－5－6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( ) A. s B. s C．2 s D．4 s 对共振的理解 图11－5－7 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11－5－7所示，则( ) 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．