高中物理 第十一章 机械振动 5 外力作用下的振动学案2 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1．知道什么是阻尼振动和阻尼振动中能量转化的情况。2．知道做受迫振动物体的振动频率跟固有频率无关，而等于驱动力的频率。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。军队里有明确的规定：凡行军过桥的部队，不准在桥上齐步走或正步走，而要便步走。1906年，俄国军队在通过彼得堡附近一座大桥时，由于齐步走而使大桥倒塌，造成了很大的伤亡。部队行军过桥时为什么要便步走？桥梁的共振提示：这是为了防止大桥发生共振，而使桥梁倒塌。当整齐步伐的频率跟大桥的固有频率相等时，会引起共振，可能使大桥损坏，造成人员伤亡。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，此时的振动叫做__________，其振动频率称为__________。2．阻尼振动当振动系统受到阻力的作用时，我们说振动受到了阻尼。阻尼振动的振幅不断______。振动系统受到的阻尼越大，振幅减小得______。当阻尼很小时，就可以______，当作__________来处理。3．受迫振动系统在____________的________作用下的振动叫做受迫振动。受迫振动______时，系统振动的频率等于________的频率，与系统的固有频率______。4．共振条件是驱动力的频率______物体的固有频率。此时受迫振动的振幅最大。5．共振曲线如图所示，共振曲线的横坐标为__________，纵坐标为受迫振动物体的振幅。共振曲线直观地反映出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。思考：用扁担挑水时，有时桶里的水会动荡得厉害，并从桶中溅出来，这是为什么？如何避免发生这一现象？答案：1．固有振动固有频率2．减小越快忽略简谐运动3．周期性变化驱动力稳定驱动力无关4．等于5．驱动力的频率1思考提示：挑水时，由于行走时肩膀的起伏，人通过扁担对水桶的作用，使水因受到周期性的驱动力而产生受迫振动，当驱动力频率接近或等于桶里水的固有频率时，水桶里的水就发生共振，所以水的动荡越来越厉害，直到溅出来。为了避免发生这种现象，就要使驱动力的频率和水桶里的水的固有频率相远离，解决的办法有改变行走的快慢或停止走动片刻，若在桶里放些漂浮物，增大阻尼，使振动系统克服阻力做功，消耗些能量，也可有效减小水的振动幅度。一、阻尼振动与简谐运动的比较现实生活中的振动几乎都是阻尼振动，原因就在于振动中始终受到空气阻力的作用，系统克服阻力做功，机械能不再守恒，像挂钟不上发条，钟摆就会停下来。简谐运动是不受阻力的运动，不会损失机械能，是一种理想模型。下面就两种运动对比一下：物体做阻尼振动时，振幅不断减小，但是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，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、如何理解共振曲线？如图所示的共振曲线直观地反映了物体做受迫振动的振幅与驱动力频率的关系：当驱动力的频率f偏离固有频率f固较大时，受迫振动的振幅较小；当驱动力的频率f等于固有频率f固时，受迫振动的振幅最大。共振曲线可以这样理解：物体做受迫振动的频率等于驱动力的频率，与物体的固有频率无关。但是，物体的固有频率在振动过程中也起着很大的作用，如果驱动力的频率与物体的固有频率相差较大，虽说物体仍不得不按驱动力的频率做受迫振动，但是物体本身按固有频率振动的力量仍“顽强”地与驱动力进行着“抵抗”，结果导致物体实际振动的振幅很小；如果两者差距越小，这种作用就越弱。当驱动力的频率恰好等于物体的固有频率时，两种力量不仅没有互相削弱，反而“配合默契”，使物体振动的振幅大大提高，出现共振现象。也可以从能量积累的观点解释共振现象的原因，当物体的固有频率和驱动力频率相同时，使得驱动力若与物体按固有频率的振动同步时，驱动力时时刻刻都对物体做正功，从而使物体能量达到最大的稳定状态，形成共振。2受迫振动的频率总等于驱动力的频率，和物体的固有频率无关。当驱动力的频率等于物体的固有频率时，受迫振动的振幅最大，这种现象即叫做共振。类型一对阻尼振动的理解【例...