《同步备课套餐之物理人教浙江专版选修3-4讲义：第十一章机械振动 5》由会员分享，可在线阅读，更多相关《同步备课套餐之物理人教浙江专版选修3-4讲义：第十一章机械振动 5（14页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、5外力作用下的振动知识内容外力作用下的振动考试要求必考加试b课时要求1.了解固有振动和固有频率.2.了解阻尼振动及其能量的变化情况.3.了解受迫振动，知道其频率等于驱动力的频率而与物体的固有频率无关.4.了解共振现象，知道其产生的条件，理解共振曲线.一、阻尼振动导学探究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，观察它的振幅是怎样变化的？你知道是什么原因造成的吗？答案振幅逐渐减小，阻力阻碍了振子的运动，使机械能转化为内能知识梳理固有振动与阻尼振动1固有振动如果振动系统不受外力的作用，此时的振动叫做固有振动，其振动频率
2、称为固有频率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做功，消耗机械能，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)能量变化：振动系统受到摩擦阻力或其他阻力作用，机械能随时间减少，同时振幅也在逐渐减小阻尼越小，能量减少越慢，振幅减小越慢；阻尼过大时，系统将不能发生振动(3)物体做阻尼振动时，振幅虽不断减小，但振动的频率仍由自身结构特点所决定，并不会随振幅的减小而变化. 即学即用判断下列说法的正误(1)阻尼振动是减幅振动()(2)实际的振动系统不可避免地要受到阻尼作用()(3)阻尼振动的振幅逐渐减小，所以周期也逐渐减小()(4)阻尼
3、过大时，系统将不能发生振动()二、受迫振动导学探究如图2所示的实验装置为一挂在曲轴上的弹簧振子，匀速摇动手柄，下面的弹簧振子就会振动起来实际动手做一下，然后回答以下几个问题图2(1)如果手柄不动而用手拉动一下振子，从振幅角度看弹簧振子的振动属于什么振动？(2)从没有系统外力作用角度看弹簧振子的振动属于什么振动？(3)手柄匀速摇动的时，观察到振幅有什么变化？为什么？(4)用不同的转速匀速转动把手，弹簧振子的振动有何不同？这能说明什么问题？答案(1)阻尼振动(2)固有振动(3)振幅不变，提供系统外力，补偿系统损失的能量(4)转速大时弹簧振子振动的快，说明振动的周期和频率由手柄转速决定知识梳理对受迫
4、振动的理解1驱动力与受迫振动加在振动系统上的周期性的外力，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，其振动频率等于驱动力的频率，跟系统的固有频率无关(填“有关”或“无关”)即学即用判断下列说法的正误(1)用重锤敲击一下悬吊着的钟后，钟的摆动是受迫振动()(2)打点计时器接通电源后，振针的振动是受迫振动()(3)物体在周期性外力作用下振动，它的振动频率总等于物体的固有频率()(4)受迫振动频率可能大于或小于系统的固有频率()(5)物体振动时受到外力作用，它的振动就是受迫振动()三、共振导学探究如图3所示，在一根张紧的绳子上挂几个单摆，其中A、
5、B的摆长相等，当A摆振动的时候，通过张紧的绳子给其他各摆施加驱动力，使其余各摆做受迫振动图3(1)该实验中驱动力的频率等于什么？(2)B、C、D摆振动的频率是否相等？(3)三者的振幅哪个较大？答案(1)驱动力的频率等于A摆的频率(2)频率相等，都等于A摆的频率(3)B摆的振幅较大知识梳理对共振的理解1驱动力频率f等于系统的固有频率f0时，受迫振动的振幅最大，这种现象叫做共振2共振的条件：驱动力的频率与系统的固有频率相等，即f驱f固3共振曲线：如图4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图4(1)从受力角度看：当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
6、加速作用，使它的振幅增大，当驱动力的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，从而振幅达到最大(2)从功能关系看：当驱动力的频率等于物体的固有频率时，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，振幅才不再增加(3)f0的意义：表示固有频率(4)认识曲线的形状：ff0，共振；ff0或ff0，振幅较小f与f0相差越大，振幅越小1.应用共振应尽量使驱动力的频率接近固有频率.2.防止共振要尽量使驱动力的频率与固有频率间的差距增大.即学即用判断下列说法的正误(1)当驱动力的频率f大于振动系统的固有频率f0时，该振动系统的振幅随f的
7、减小而增大()(2)共振现象总是有害的，所以要避免共振现象发生()(3)某物体发生共振时的频率等于其自由振动的频率()一、阻尼振动1同一简谐运动能量的大小由振幅大小确定，阻尼振动振幅减小的快慢跟所受阻尼的大小有关，阻尼越大，振幅减小得越快2物体做阻尼振动时，不要认为振动的频率会减小，振动的频率仍由自身结构特点所决定，并不会随振幅的减小而变化例如用力敲锣，由于锣受到空气的阻尼作用，振幅越来越小，锣声减弱，但音调不变例1(多选)一单摆做阻尼振动，则在振动过程中()A振幅越来越小，频率也越来越小B振幅越来越小，频率不变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，机械能不守恒答案BD
8、解析因单摆做阻尼振动，所以振幅越来越小，机械能越来越小，振动频率不变二、受迫振动对简谐运动、阻尼振动与受迫振动的理解和比较1三种振动的理解(1)简谐运动是一种理想化的模型，物体运动过程中的一切阻力都不考虑(2)阻尼振动考虑阻力的影响，是更实际的一种运动(3)受迫振动是物体做阻尼振动时受到周期性驱动力作用下的振动2三种振动的比较振动类型比较项目简谐运动阻尼振动受迫振动产生条件不受阻力作用受阻力作用受阻力和驱动力作用频率固有频率频率不变由驱动力的频率决定振动图象形状不确定常见例子弹簧振子或单摆敲锣打鼓时发出的声音越来越弱机器运转时底座发生的振动例2(2016乐清芙蓉中学高二下学期月考)如图5所示，
9、两个弹簧振子悬挂在同一个支架上，已知甲弹簧振子的固有频率为8 Hz，乙弹簧振子的固有频率为72 Hz，当支架在竖直方向且频率为9 Hz的驱动力作用下做受迫振动时，两个弹簧振子的振动情况是()图5A甲的振幅较大，且振动频率为8 HzB甲的振幅较大，且振动频率为9 HzC乙的振幅较大，且振动频率为9 HzD乙的振幅较大，且振动频率为72 Hz答案B解析支架在竖直方向且频率为9 Hz的驱动力作用下做受迫振动时，甲、乙两个弹簧振子都做受迫振动，它们振动的频率都等于驱动力的频率9 Hz，由于甲的频率接近于驱动力的频率，所以甲的振幅较大，故B正确，A、C、D错误针对训练如图6所示，曲轴上悬挂一弹簧振子，转
10、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_ s.图6答案0.25解析受迫振动的周期等于驱动力的周期，故T s0.25 s.三、共振例3(多选)关于共振的防止和利用，应做到()A利用共振时，应使驱动力的频率接近或等于振动物体的固有频率B利用共振时，应使驱动力的频率大于或小于振动物体的固有频率C防止共振危害时，应尽量使驱动力频率接近或等于振动物体的固有频率D防止共振危害时，应尽量使驱动力频率远离振动物体的固有频率答案AD解析受迫振动的频率等于驱动力的频率，所以利用共
11、振时，应使驱动力的频率接近或等于振动物体的固有频率故A正确，B错误；防止共振危害时，应尽量使驱动力频率远离振动物体的固有频率故C错误，D正确例4(多选)(2016舟山高二检测)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7所示，则()图7A此单摆的固有周期为2 sB此单摆的摆长约为1 mC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答案AB解析由共振条件知单摆固有频率为f0.5 Hz，则其固有周期为T2 s，选项A正确；由单摆周期公式T2，可求得单摆摆长为l1 m，选项B对；摆长增大，单摆的周期变大，其固有频率变小，共振曲线的峰将向左移动，选项C、D
12、错1(多选)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频率答案AB2(多选)(2016湖州高二检测)如图8所示是单摆做阻尼振动的振动图线，下列说法正确的是()图8A振动过程中周期变小B振动过程中周期不变C摆球A时刻的势能等于B时刻的势能D摆球A时刻的动能等于B时刻的动能答案BC解析阻尼振动中，单摆的振幅逐渐减小，由于周期与振幅无关，故振动过程中周期不变，A错误，B正确；因A、B两时刻的位移相同，故摆球A时刻的势能等于B时刻的势能，C正确；由于振动的能量逐渐减小，故摆球A时刻的动能大于B时刻的动能，D错误3. (多选)如图9所示，三个单摆的摆长分别为l11.5 m，l21
13、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9A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摆长为l2的单摆振幅最大答案CD4(多选)(2016嘉兴一中高二第二学期期中)如图10表示一个弹簧振子做受迫振动时的振幅与驱动力频率之间的关系，以下说法正确的是()图10A振子振动的固有频率为f2B驱动力的频率为f3时，振子振动的频率为f2C驱动力的频率从f1逐渐增加到f3时，振子振幅不变D驱动力的频率从f1逐渐增加到f3时，振子振幅先增大后减小答案AD一、选择题1(多选)一单摆在空气中振动，振
14、幅逐渐减小，下列说法正确的是()A振动的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答案AD解析单摆振动过程中，会不断克服空气阻力做功使机械能逐渐转化为内能，A、D对；虽然单摆总的机械能在逐渐减少，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，动能逐渐减少，势能逐渐增加，而势能转化为动能时，势能逐渐减少，动能逐渐增加，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B、C错2(2016杭州高二检测)工厂里，有一台机器正在运转，当其飞轮转得很快的时候，机器的振动并不强烈，切断电源，飞轮转动逐渐慢下来，到某一时刻t，机器发生了强烈的振动，此后，飞轮转动的更慢，机器的振动反而减弱，这种现象说明()A在时刻t飞轮惯性最大B在时刻t飞轮转动的频率最大C在时刻t飞轮转动的频率与机身的固有频率相等，发生共振D纯属偶然现象，并无规律答案C解析飞轮转动的越来越慢时，做受迫振动的频率在
