高中物理 第十一章 机械振动 5 外力作用下的振动学案 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外力作用下的振动一、阻尼振动1．固有频率：简谐运动的物体受到的回复力是振动系统内部的相互作用力．如果振动系统不受外力的作用，此时系统的振动叫做固有振动，其振动频率称为固有频率．2．阻尼振动：振动系统受到的阻力作用叫做阻尼．阻尼振动的振幅不断减小．振动系统受到的阻尼越大，振幅减小得越快．当阻尼很小时，就可以忽略，当成简谐运动来处理．实际的振动过程总是存在阻力的，系统的能量必然会损失．例如弹簧振子和单摆在振动过程中，振子和摆球要克服阻力做功，系统的机械能不断减小，振幅也不断减小，直到振动停止．这种振动就是阻尼振动．如图所示是汽车车轮上的减震器，你知道它的作用吗？提示：汽车在凹凸不平的路上行驶时，会发生剧烈振动，安装大阻尼的减震器，可以使振动很快停下来．二、受迫振动与共振1．受迫振动：系统在周期性变化的驱动力作用下的振动叫做受迫振动．受迫振动稳定时，系统振动的频率等于驱动力的频率，与系统的固有频率无关．2．共振：驱动力的频率等于物体的固有频率．此时受迫振动的振幅最大．3．共振曲线：如图所示，共振曲线的横坐标为驱动力的频率，纵坐标为受迫振动物体的振幅．共振曲线直观地反映出了驱动力的频率对受迫振动物体振幅的影响，由共振曲线可知，当驱动力的频率与物体的固有频率相等时，受迫振动的振幅最大．18世纪中叶，法国昂热市一座102米长的大桥上有一队士兵经过．当他们在指挥官的口令下迈着整齐的步伐过桥时，桥梁突然断裂，造成226名官兵和行人丧生．你知道这是什么原因造成的吗？提示：是共振造成的．因为大队士兵迈步的频率正好与大桥的固有频率一致，使桥体的振动加强，当它的振幅达到甚至超过桥梁的抗压力时，桥就断了．类似的事件在俄国和美国等地也有发生．鉴于成队士兵步伐整齐地走过桥时容易造成桥的共振，所以后来各国都规定大队人马过桥，要便步通过．考点一阻尼振动1．固有频率如果振动系统不受外力的作用，此时的振动叫做固有振动，其振动频率称为固有频率．物体振动的固有频率由振动系统本身决定．2．阻尼振动振动系统克服摩擦力或其他阻力做功，消耗自身的机械能，因而振幅逐渐减小，最后停下来．这种振幅逐渐减小的振动叫做阻尼振动．振幅减小的快慢跟振动所受的阻尼有关，阻尼越大，振幅减小得越快．当阻尼很小时，在一段不太长的时间内振幅没有明显的减小，可以认为是等幅振动．物体做无阻尼振动，并不一定指它不受阻尼，而是指它在振动过程中保持振幅不变．3．阻尼振动的图象阻尼振动的图象如下图所示．物体做阻尼振动时，振幅越来越小．周期未变化，所以阻尼振动的频率不变．振动的频率由振动系统自身结构特点决定，并不会随振幅的减小而变化.【例1】(多选)如图所示是单摆做阻尼振动的振动图线，下列说法中正确的是()A．摆球A时刻的动能等于B时刻的动能B．摆球A时刻的势能等于B时刻的势能C．摆球A时刻的机械能等于B时刻的机械能D．摆球A时刻的机械能大于B时刻的机械能【导思】1.阻尼振动的振幅有什么特点？2．阻尼振动的机械能是否守恒？3．图中A、B两点有什么共同点？【解析】(1)单摆做阻尼振动，因此其机械能不断减小，选项D正确，C错误；由图又看出A、B两时刻单摆的位移相同，即在同一位置，故势能相同，选项B正确；因机械能越来越小，所以B处动能比A处小，选项A错误．(2)单摆在运动过程中达到同一位置时位移相同，势能相同．【答案】BD(多选)下列说法中错误的有(BC)A．阻尼振动的振幅不断减小B．物体做阻尼振动时，随着振幅的减小，频率也不断减小C．阻尼振动的振幅逐渐减小，所以周期也逐渐减小D．阻尼过大时，系统将不能发生振动解析：阻尼振动的振幅一定是不断减小的，A对；物体做阻尼振动时，振幅虽然不断减小，但是振动频率仍由自身的结构特点所决定，不随振幅的减小而变化，所以B错误；同理阻尼振动周期也不改变，故C错误；如果阻尼过大，振动能量可能会在四分之一周期内减小为零，系统将不能发生振动，D对．故本题选B、C.考点二受迫振动1．自由振动在没有任何阻力的情况下，给振动系统一定能量，使它开始振动，这样的振动叫自由振动，自由振动的周期是系统的固有周期．如果把弹...