2018-2019版高中物理 第一章 机械振动 4 阻尼振动 受迫振动学案 教科版选修3-4

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1、4　阻尼振动　受迫振动[学习目标]　1.知道什么是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　自由振动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，这种振动叫做阻尼振动.2.自由振动(1)定义：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.(2)固有频率：自由振动的频率，由系统本身的特征决定.二、受迫振动1.驱动力加在振动系统上的周期性的外力.2.受迫振动(1)定义：系统在驱动力作用下的振动.(2)受迫

2、振动的周期和频率.做受迫振动的物体振动稳定后，其振动周期等于驱动力的周期，振动频率等于驱动力的频率，跟系统的固有频率无关(填“有关”或“无关”).三、共振及其应用和防止1.共振(1)定义：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，这种现象叫做共振.(2)共振曲线(如图1所示)图12.共振的应用和防止(1)利用：在需要利用共振时，应使驱动力的频率接近(填“接近”“远离”或“等于”)或等于(填“接近”“远离”或“等于”)振动系统的固有频率.(2)防止：在需要防止共振时，应使驱动力的频率远离(填“接近”“远离”或“等于”)振动系统的固有频率.[即学即用]1.判断下列说法的正误.(

3、1)受迫振动的频率与振动系统的固有频率无关.(　√　)(2)驱动力频率越大，振幅越大.(　×　)(3)共振只有害处没有好处.(　×　)(4)做受迫振动的物体一定会发生共振.(　×　)(5)阻尼振动的频率随振幅的减小而不断减小.(　×　)2.A、B两个弹簧振子，A的固有频率为f，B的固有频率为4f，若它们均在频率为f的驱动力作用下做受迫振动，则________的振幅较大，A的振动频率是________，B的振动频率是________.答案　A　f　f一、简谐运动、阻尼振动和受迫振动[导学探究]　如图2所示的实验装置为一挂在曲轴上的弹簧振子，匀速摇动手柄，下面的弹簧振子就会振动起来.实际动手做

4、一下，然后回答以下几个问题.图2(1)如果手柄不动而用手拉动一下振子，从振幅角度看弹簧振子的振动属于什么振动？(2)从有没有系统外力作用角度看弹簧振子的振动属于什么振动？(3)手柄匀速摇动时，观察到振幅有什么变化？为什么？(4)用不同的转速匀速转动手柄，弹簧振子的振动有何不同？这能说明什么问题？答案　(1)阻尼振动　(2)固有振动　(3)振幅不变，提供系统外力，补偿系统损失的能量　(4)转速大时弹簧振子振动得快，说明弹簧振子振动的周期和频率由手柄转速决定.振幅可能有变化，可能会出现共振.[知识深化]　对简谐运动、阻尼振动与受迫振动的理解和比较(1)三种振动的理解①简谐运动是一种理想化的模型

5、，物体运动过程中的一切阻力都不考虑.②阻尼振动考虑阻力的影响，是更实际的一种运动.③受迫振动是物体做阻尼振动时受到周期性驱动力作用下的振动.(2)三种振动的比较　振动类型比较项目　　　　简谐运动阻尼振动受迫振动产生条件不受阻力作用受阻力作用受阻力和驱动力作用频率固有频率频率不变由驱动力的频率决定振动图像形状不确定常见例子弹簧振子或单摆敲锣打鼓时发出的声音越来越弱机器运转时底座发生的振动例1　(多选)一单摆做阻尼振动，则在振动过程中(　　)A.振幅越来越小，频率也越来越小B.振幅越来越小，频率不变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，机械能不守恒答案　BD解析　因

6、单摆做阻尼振动，所以振幅越来越小，机械能越来越小，振动频率不变，故选B、D.例2　如图3所示，在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，让振子自由上下振动，测得其频率为2Hz，然后以60r/min的转速匀速转动摇把，当振子振动稳定时，它的振动周期为(　　)图3A.0.25sB.0.5sC.1sD.2s答案　C解析　弹簧振子受摇把的作用而振动，做受迫振动，所以其振动的周期等于驱动力的周期，故正确答案为C.二、共振及其应用和防止[导学探究]　洗衣机在衣服脱水完毕拔掉电源后，电动机还要转动一会儿才能停下来.在拔掉电源后，发现洗衣机先振动得比较弱，有一阵子振

7、动得很剧烈，然后振动慢慢减弱直至停下来.(1)开始时，洗衣机为什么振动比较弱？(2)期间剧烈振动的原因是什么？答案　(1)开始时，脱水桶转动的频率远高于洗衣机的固有频率，振幅较小，振动比较弱.(2)当洗衣机脱水桶转动的频率等于洗衣机的固有频率时发生共振，振动剧烈.[知识深化]　共振及其应用与防止(1)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.(2)共振曲线如图4所示，共振曲线的横坐标为驱动力的频率，纵坐