高中物理 第一章 4 阻尼振动　受迫振动学案 教科版选修3-4-教科版高中选修3-4物理学案VIP免费

阻尼振动受迫振动[目标定位]1.知道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.理解共振的概念，知道常见的共振的应用和危害．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．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．[要点提炼]1．阻尼振动系统在振动过程中受到阻力的作用，振动逐渐消逝，振动能量逐步转变为其他能量．阻尼振动的图像如图1所示．图12．自由振动系统不受外力作用，也不受任何阻力，只在自身回复力作用下的振动．3．固有频率自由振动的频率，由系统本身的特征决定．4．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．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，当弹簧振子振动时，振子会慢慢地停下来，怎样才能使振子能够持续振动下去？1图2答案有外力作用于弹簧振子．[要点提炼]1．持续振动的获得实际的振动由于阻尼作用最终要停下来，要维持系统的持续振动，可以用周期性的外力作用于振动系统，外力对系统做功，补偿系统的能量损耗．2．驱动力作用于振动系统的周期性的外力．3．受迫振动：振动系统在驱动力作用下的振动．4．受迫振动的频率：做受迫振动的系统振动稳定后，其振动周期(频率)等于驱动力的周期(频率)；与系统的固有周期(频率)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．共振驱动力的频率等于振动物体的固有频率时，受迫振动的振幅最大的现象．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3所示：图34．共振的应用与防止(1)应用：在应用共振时，使驱动力频率接近或等于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，使驱动力的频率远离振动系统的固有频率．如部队过桥应便步走，火车过桥要减速等．5．自由振动、受迫振动和共振的比较振动类型比较项目自由振动受迫振动共振受力情况仅受回复力周期性驱动力作用周期性驱动力作用振动周期或频率由系统本身性质决定，即固有周期或固有频率由驱动力的周期或频率决定，即T＝T驱或f＝f驱T驱＝T固或f驱＝f固振动能量振动物体的机械能不变(或守恒)由产生驱动力的物体提供振动物体获得的能量最大常见例子弹簧振子或单摆机器运转时底座发生的振共振筛、声音的共鸣等2动一、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9Hz，乙弹簧振子的固有频率为72Hz，当支架在受到竖直方向且频率为9Hz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()图4A．甲的振幅较大，且振动频率为18HzB．甲的振幅较大，且振动频率为9HzC．乙的振幅较大，且振动频率为9HzD．乙的振幅较大，且振动频率为72Hz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，其余各摆也摆动起来，可以发现振动稳定后()图5A．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3D．B摆振动周期最小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摆振动后，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...