高中物理 第十一章 机械振动 5 外力作用下的振动互动课堂学案 新人教版选修3-4-新人教版高二选修3-4物理学案VIP免费

5．外力作用下的振动互动课堂疏导引导1.阻尼振动（1）实际的振动过程中，机械能向内能转化是无法避免的，振动过程中机构能不断减小以致振动最终停止.这种振幅逐渐减小的振动叫阻尼振动.尽管阻尼振动的振幅在减小，但其振动周期不变，因为周期是由振动系统决定的.振动系统确定后，其振动的周期就不变，称为固有周期.（2）阻尼振动和无阻尼振动的区别振动类型比较项目阻尼振动无阻尼振动产生条件受到阻力作用不受阻力作用振动能量振动能量有损失振动能量保持不变振幅如果没有能量补充，振幅越来越小振幅不变2.受迫振动（1）驱动力：加在振动系统上的周期性外力，叫做驱动力.（2）受迫振动：物体在外界驱动力作用下的振动叫做受迫振动.（3）振动系统做受迫振动时，振动稳定后的频率等于驱动力的频率，跟振动系统的固有频率无关.注意：按振动成因分类，振动有受迫振动和自由振动.像弹簧振子和单摆那样，物体偏离平衡位置后，它们就在自己的弹力或重力作用下振动起来，而不需要其他外力的推动，这种振动叫做自由振动.3.共振（1）共振：驱动力的频率等于振动系统的固有频率时，受迫振动的振幅最大的现象，叫做共振.（2）共振条件：f驱=f固.①从受力角度来看：振动系统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，使系统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，从而振幅达最大.②从功能关系来看：当驱动力频率越接近振动系统的固有频率时，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，振幅才不再增加.（3）共振曲线：受迫振动的振幅随驱动力频率变化的图象，叫做共振曲线，如图11-5-1所示.图11-5-11当f=f0时，受迫振动的振幅最大，由此可知f0等于做受迫振动物体的固有频率.活学巧用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思路解析：自由摆动的秋千可以看作阻尼振动的模型，振动系统中的能量转化也不仅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，因而使振动的能量不断减小，但总能量守恒.答案：C2.如图11-5-2所示，在曲轴A上悬挂一个弹簧振子，如果转动把手，曲轴可以带动弹簧振子上下振动.问：图11-5-2（1）开始时不转动把手，而用手往下拉振子，然后放手让振子上下振动，测得振子在10s内完成20次全振动，其固有周期和固有频率各是多少？若考虑摩擦和空气阻力，振子做什么振动？（2）在振子正常振动过程中，以转速4r/s匀速转动把手，振子的振动稳定后，振子做什么运动？其周期是多少？（3）若要振子振动的振幅最大，把手的转速应多大？为什么？思路解析：（1）据题意：T固=nt=2010s=0.5s,f固=固T1=5.01Hz=2Hz.由于摩擦和空气阻力的存在，振子克服摩擦力和阻力做功消耗能量，使其振幅越来越小，故振动为阻尼振动.（2）由于把手转动的转速为4r/s，它给弹簧振子的驱动力的频率为f驱=4Hz，周期T驱=0.25s，故振子做受迫振动，振动达稳定状态后，其频率（或周期）等于驱动力的频率（或周期），而跟固有频率（或周期）无关，即f=f驱=4Hz，T=T驱=0.25s.（3）要使弹簧振子的振幅最大，处于共振状态，必须使其驱动力的频率f驱等于它的固有频率，即f驱=f固=2Hz，故把手的转速应为n=2r/s.答案：（1）0.5s2Hz阻尼振动（2）受迫振动0.25s(3)2r/s原因略3.在图11-5-3中，当A振动起来后，通过水平绳迫使B、C振动，下列说法中，正确的是（）图11-5-3A.只有A、C的振动周期相等B.A的振幅比B小C.C振动的振幅比B大D.A、B、C的振动周期相等2思路解析：A振动后迫使水平绳振动，水平绳振动再迫使B、C振动，所以B、C做受迫振动，其振动周期等于驱动力周期，即A的自由振动周期，TA=TB=TC=gl2.C发生共振，B不发生共振，C的振幅比B大.答案：CD3