浙江省2018-2019版高中物理 第十一章 机械振动 第5课时 外力作用下的振动学案 新人教版选修3-4

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1、第5课时　外力作用下的振动[研究选考·把握考情]知识内容外力作用下的振动考试要求加试b教学要求1.了解固有振动和固有频率2.了解阻尼振动，知道阻尼振动时，振动物体的能量变化情况3.了解受迫振动，知道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4.了解共振现象，知道共振现象产生的条件5.理解共振曲线知识点一　阻尼振动[基础梳理]1.固有振动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，系统克服阻尼的作用要做功

2、，消耗机械能，因而振幅减小，最后停下来。这种振幅逐渐减小的振动，叫做阻尼振动。[即学即练]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，周期不变解析　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知识点二　受迫振动[基础梳理]1.驱动力：周期性的外力。2.受迫振动：系统在驱动力作用下的振动。3.受迫振动的频率：不管系统的固有频率如何，它做受迫

3、振动的频率总等于周期性驱动力的频率，与系统的固有频率无关。4.共振：驱动力频率f等于系统的固有频率f0时，受迫振动的振幅最大，这种现象叫做共振。[要点精讲]1.受迫振动中，若周期性的驱动力给系统补充的能量与系统因振动阻尼消耗的能量相等，物体做等幅振动，但此振动不是简谐运动。2.对共振现象的理解(1)发生共振的条件f驱＝f固，即驱动力的频率等于振动系统的固有频率。(2)共振曲线(如图1所示)图13.共振的防止与利用(1)利用：由共振的条件知，要利用共振，就应尽量使驱动力的频率与物体的固有频率一致。如共振

4、筛、荡秋千、共振转速计等。(2)防止：由共振曲线可知，在需要防止共振危害时，要尽量使驱动力的频率和固有频率不相等，而且相差越多越好。如：部队过桥应便步走。说明：共振是物体做受迫振动时的一种特殊现象。【例1】如图2所示的装置，弹簧振子的固有频率是4Hz。现匀速转动把手，给弹簧振子以周期性的驱动力，测得弹簧振子振动达到稳定时的频率为1Hz，则把手转动的频率为(　　)图2A.1HzB.3HzC.4HzD.5Hz解析　受迫振动的频率等于驱动力的频率，把手转动的频率为1Hz，选项A正确。答案　A【例2】如图3甲

5、所示，竖直圆盘转动时，可带动固定在圆盘上的T形支架在竖直方向振动，T形支架的下面系着一个弹簧和小球，共同组成一个振动系统。当圆盘静止时，小球可稳定振动。现使圆盘以4s的周期匀速转动，经过一段时间后，小球振动达到稳定。改变圆盘匀速转动的周期，弹簧和小球系统的共振曲线(振幅A与驱动力的频率f的关系)如图乙所示，则(　　)图3A.此振动系统的固有频率约为3HzB.此振动系统的固有频率约为0.25HzC.若圆盘匀速转动的周期增大，系统的振动频率不变D.若圆盘匀速转动的周期增大，共振曲线的峰值将向右移动解析　当

6、驱动力的频率与振动系统的固有频率相同时，振幅最大，所以固有频率约为3Hz，选项A正确，B错误；受迫振动的振动周期由驱动力的周期决定，所以圆盘匀速转动的周期增大，系统的振动频率减小，选项C错误；系统的固有频率不变，共振曲线的峰值位置不变，选项D错误。答案　A【跟踪训练】如图4表示一弹簧振子做受迫振动时的振幅与驱动力频率的关系，由图可知(　　)图4A.驱动力频率为f2时，振子处于共振状态B.驱动力频率为f3时，振子的振动频率为f3C.假如让振子自由振动，它的频率为f2D.振子做自由振动时，频率可以为f1、

7、f2、f3解析　由题图可知当驱动力的频率为f2时，振子的振幅最大，即振子发生共振现象，故A正确；由共振条件知振子的固有频率为f2，所以C正确，D错误；振子做受迫振动时，振动频率由驱动力的频率决定，故B正确。答案ABC　1.若空气阻力不可忽略，单摆在偏角很小的摆动中，总是减小的物理量为(　　)A.振幅B.位移C.周期D.机械能解析　有空气阻力时，振动为阻尼振动，振幅不断减小，机械能也不断减小。位移做周期性变化，不是一直减小。根据单摆周期公式T＝2π，l、g不变，则T不变，故选项A、D正确。答案　AD2.

8、如图5所示是单摆做阻尼振动的位移—时间图线，下列说法中正确的是(　　)图5A.摆球在P与N时刻的势能相等B.摆球在P与N时刻的动能相等C.摆球在P与N时刻的机械能相等D.摆球在P时刻的机械能大于N时刻的机械能解析　由于摆球的势能大小由其位移和摆球质量共同决定，P、N两时刻位移大小相同，所以势能相等，A正确；由于系统机械能在减少，P、N两时刻势能相同，则P时刻动能大于N时刻动能，所以摆球在P时刻的机械能大于N时刻的机械能，B、C错误，D正确。答案　AD3.