高中物理第十一章机械振动5外力作用下的振动学案1新人教版选修3_4

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1、5　外力作用下的振动1．阻尼振动定义振幅逐渐减小的振动，叫做阻尼振动图象类型摩擦阻尼辐射阻尼能量变化振动系统受到摩擦和其他阻力，即受到阻尼作用，系统的机械能逐渐减少，同时振幅也逐渐减小理想化条件当阻尼很小时，在一段时间内，看不出振幅有明显的减小，就可以把它作为理想振动来处理【例1】如图是单摆做阻尼振动的振动图象，下列说法正确的是(　　)A．摆球tA时刻的动能等于tB时刻的动能B．摆球tA时刻的势能等于tB时刻的势能C．摆球tA时刻的机械能等于tB时刻的机械能D．摆球tA时刻的机械能大于tB时刻的机械能解析：选项剖析结论A由

2、于tA时刻的机械能大于tB时刻的机械能，而tA、tB两时刻的势能相等，故tA时刻的动能大于tB时刻的动能×B摆球的质量m是定值。由于tA、tB两时刻摆球的位移相同，故这两个时刻摆球相对于零势能点的高度h相同，则势能mgh也相同√C单摆做阻尼振动，由于克服阻力做功其机械能逐渐减小，故振幅减小,×D√答案：BD2．固有周期和固有频率(1)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，不需要其他外力的推动，这种振动叫做自由振动。(2)固有周期和固有频率：做简谐运动的物体都要受到回复力

3、的作用，回复力是振动系统内部的相互作用，是内力，如果振动系统不受外力的作用，此时的振动叫固有振动，其振动频率叫做固有频率。【例2】弹簧振子在振动过程中振幅逐渐减小，这是由于(　　)A．振子开始振动时振幅太小B．在振动过程中要不断克服外界阻力做功，消耗能量C．动能和势能相互转化D．振子的机械能逐渐转化为内能解析：A×因单摆做阻尼振动。根据阻尼振动的定义可知。其振幅越来越小。而单摆振动过程中的周期是其固有周期，是由本身条件决定的，是不变的B√C×因单摆做阻尼振动过程中，振幅逐渐减小，振动的能量也在减少，即机械能在减少D√答案：

4、BD3．受迫振动(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，要维持系统持续振动，办法是加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，其振动频率等于驱动力的频率，与系统的固有频率无关。实例探究：如图所示，当弹簧振子自由振动时，振子就会慢慢地停下来，要使振子能够持续振动下去，要用把手给了振动系统一个周期性的外力作用，外力对系统做功，补偿系统的能量损耗。所以当匀

5、速转动把手，曲轴给弹簧振子一个驱动力，使振子上下振动，振动就会持续下去，当把手转速小时，振子振动较慢；当把手转速大时，振子振动较快。物体做受迫振动时，振动物体振动的快慢随驱动力的周期而变化。【例3】如图所示，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，而让振子自由上下振动，测得其频率为2Hz，然后匀速转动摇把，转速为240r/min，当振子振动稳定时，它振动的周期为(　　)A．0.5s　　　B．0.25s　　　C．2s　　　D．4s解析：匀速转动摇把后，振子将做受迫振动，驱动力的周期跟把

6、手转动的周期是相同的，振子做受迫振动的周期又等于驱动力的周期，其频率也等于驱动力的频率，与振子自由上下振动频率无关。摇把匀速转动的转速为240r/min＝4r/s，所以驱动力的周期T＝＝s＝0.25s。答案：B4．共振(1)条件：驱动力的频率等于系统的固有频率。(2)特征：共振时受迫振动的振幅最大。(3)共振曲线：如图所示。(4)共振的应用与防止①共振的应用采用方法：在应用共振时，应使驱动力频率接近或等于振动系统的固有频率。实例：转速针、共振筛。②共振的防止采用方法：在防止共振时，应使驱动力频率与系统的固有频率相差越大越好

7、。实例：部队过桥时用便步；火车过桥时减速；目的都是使驱动力的频率远离物体的固有频率。共振是一种特殊振动吗共振是受迫振动中的一个现象，当驱动力的频率和振子的固有频率相同时，就会发生共振现象。【例4】铺设铁轨时，每两根钢轨接缝处都必须留有一定的间隙，匀速运行的列车每经过钢轨接缝处时，车轮就会受到一次冲击，由于每一根钢轨长度相等，所以这个冲击力是周期性的，列车受到周期性的冲击做受迫振动，普通钢轨长为12.6m，列车固有振动周期为0.315s。下列说法正确的是(　　)A．列车的危险速率为40m/sB．列车过桥需要减速，是为了防止列

8、车发生共振现象C．列车运行的振动频率和列车的固有频率总是相等的D．增加钢轨的长度有利于列车高速运行解析：对于受迫振动，当驱动力的频率与固有频率相等时将发生共振现象，所以列车的危险速率v＝＝40m/s，A正确；为了防止共振现象发生，B正确；由v＝＝40m/s知L增大时，T不变，v变大，D正确，所以A、B、