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1、,第十一章,机械振动,学案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.,知识探究,自我检测,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？ 答案阻力阻碍了振子的运动，使机械能转化为内能.,知识探究,要点提炼,1.固有振动 如果振动系统不受 的作用
2、，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 ，最后停下来，阻尼振 动的图象如图1所示.,图1,外力,固有频率,机械能,减小,(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,答案有周期性外力作用于弹簧振子.,要点提炼,1.
3、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”).,周期性,驱动力,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？ 答案防止共振现象发生.,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，受迫振动的振幅最大.,图3,固有频率,f固,3.共振的利用与防止 (1)利用：在应用共振时
4、，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.,接近或等于,相差越大越好,4.固有振动、受迫振动和共振的比较,周期性驱动力,本身性质,驱动力的周期,或频率,T驱,f驱,T固,f固,不变(或守恒),典例精析,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,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
5、周期不变. 答案BD,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() 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,图4,解析根据受迫振动发生共振的条件可知甲的振幅较大，因为甲的固有频率等于驱动力的频率，做受迫振动的物体的频率等于驱动力的频率，所以B选项正确. 答案B,三、对共振的理解,例3如图
6、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() 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,图5,解析单摆的固有周期由摆长决定，故除A、E固有周期相同外，其他摆的固有周期都不相同，A错； A摆动后，通过水平绳对周围的B、C、D、E四个单摆提供周期性的驱动力，四摆都在同一驱动力作用下运动，故它们的振动周期均与A摆的固有周期相同，B对，D错； 其中E摆发生共振现象，振幅最大，C错. 答案B,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
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.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,图6,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错. 答案B,课堂要点小结,1,2,3,4,1.(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,自我检测,AB,1,2,3,4,2.(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
8、，转速为240 r/min，当振子振动稳定后，它的振动周期为(),图7,1,2,3,4,答案B,1,2,3,4,3.(阻尼振动中的能量)如图8所示是一个水平弹 簧振子做阻尼振动的振动图象，曲线上A、B 两点连线与横轴平行，下列说法正确的是() A.振子在A时刻的动能等于B时刻的动能 B.振子在A时刻的势能大于B时刻的势能 C.振子在A时刻的机械能等于B时刻的机械能 D.振子在A时刻的机械能大于B时刻的机械能,图8,1,2,3,4,解析由于弹簧振子做阻尼振动，所以A时刻的机械能大于B时刻的机械能，C错，D对； 由于弹簧的弹性势能仅与弹簧的形变量(即振子的位移)有关，A、B时刻弹簧的形变量相等，故
9、势能相等，所以B错； 通过上述分析可知振子在A时刻的动能大于B时刻的动能，A错. 答案D,1,2,3,4,4.(对共振的理解)一砝码和一轻弹簧构成弹簧振子，图9甲所示的装置可用于研究该弹簧振子的受迫振动.匀速转动把手时，曲杆给弹簧振子以驱动力，使振子做受迫振动.把手匀速转动的周期就是驱动力的周期，改变把手匀速转动的速度就可以改变驱动力的周期.若保持把手不动，给砝码一向下的初速度，砝码便做简谐运动，振动图线如图乙所示.当把手以某一速度匀速转动，受迫振动达到稳定时，砝码,1,2,3,4,的振动图线如图丙所示.若用T0表示弹簧振子的固有周期，T表示驱动力的周期，Y表示受迫振动达到稳定后砝码振动的振幅，则(),图9,1,2,3,4,A.由图线可知T04 s B.由图线可知T08 s C.当T在4 s附近时，Y显著增大；当T比4 s小得多或大得多 时，Y很小 D.当T在8 s附近时，Y显著增大；当T比8 s小得多或大得多 时，Y很小,1,2,3,4,解析题图乙是弹簧振子未加驱动力时振动的图线，故由题图乙读出的周期为其振动的固有周期，即T04 s.题图丙是弹簧振子在驱动力作用下的振动图线.做受迫振动的物体，其振动的周期等于驱动力的周期，即T8 s.当固有周期与驱动力的周期相同时，其振幅最大.两周期差别越大，其振动振幅越小.由以上分析可知，A、C对. 答案AC,
