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1、第五节外力作用下的振动知识梳理图(学生用书P18)知识点1.阻尼振动､受迫振动2.共振情景设置(学生用书P18)军队在行军过程中,要求步伐整齐,如果途中通过桥梁时,要求士兵便步走通过桥梁,这是为什么?你能通过学习解释吗?深化探究(学生用书P18)一､阻尼振动1.自由振动(固有振动)如果振动系统不受外力作用,此时的振动叫做自由振动,也叫固有振动,其振动频率称为固有频率.2.从振幅有无变化来分,振动可分为阻尼振动和无阻尼振动两种.(1)阻尼振动(减幅振动):振动物体克服摩擦和其他阻力做了功,它自己的能量逐渐减小,振幅也随着变小,振幅逐渐减小的振动叫阻尼振动.
2、(2)无阻尼振动(等幅振动):振动物体从外界取得能量,恰好能补偿能量损失,这时它的振幅将保持不变,称为无阻尼振动.注意:(1)同一简谐运动能量的大小由振幅大小决定.(2)阻尼振动振幅减小的快慢跟所受阻尼的大小有关,阻尼越大,振幅减小得越快.(3)物体做阻尼振动时,振动幅度不断减小,但振动的频率仍由振动系统决定,并不会随振幅的减小而变化,如上图所示为阻尼振动的图象.(4)阻尼振动若在一段不太长的时间内振幅没有明显的减小,可以把它当做简谐运动来处理.二､受迫振动1.受迫振动如果振动系统受到周期性外力作用下的振动,就可以利用外力做功补偿系统因阻尼作用而损失的能
3、量,使振动持续地振动下去,这种周期性的外力叫做驱动力.系统在驱动力作用下的振动叫受迫振动.2.受迫振动的频率受迫振动的物体,振动稳定后的频率等于驱动力的频率,跟系统的固有频率无关.三､共振系统做受迫振动时,如果驱动力的频率可以调节,把不同频率的驱动力先后作用于同一振动系统,其受迫振动的振幅将不同.如右图,其横轴为驱动力频率,纵轴表示受迫振动的振幅.1.共振:驱动力的频率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.2.共振的利用和防止(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系统的固有频率一致.如共振筛.(2)防止
4、: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系统的固有频率不相等,而且相差越多越好,如部队过桥应便步走.典例分析(学生用书P18)一､对阻尼振动的综合认识例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,机械能不断减小,在平衡位置,位移为零;而后位移增大,直到动能为零时位移达到最大,所以位移不是一直减小的,单摆的周期不变,故A､D选项正确.答案:AD巩固练习1在如图所示的振动图象中,在1~3s的时间范围内,下列时刻中振动物体的动能和
5、势能之和最大的是()A.1.2sB.2.0sC.2.5sD.3s解析:随着阻力的作用,机械能损失越来越多,故最早时刻,能量最大.答案:A二､受迫振动与共振例2:一砝码和一轻弹簧构成弹簧振子,如下图甲所示的装置可用于研究该弹簧振子的受迫振动.匀速转动把手时,曲杆给弹簧振子以驱动力,使振子做受迫振动.把手匀速转动的周期就是驱动力的周期,改变把手匀速转动的速度就可以改变驱动力的周期.若保持把手不动,给砝码一向下的初速度,砝码便做简谐运动,振动图线如下图乙所示.当把手以某一速度匀速转动.受迫振动达到稳定时,砝码的振动图线如下图丙所示.若用T0表示弹簧振子的固有周
6、期,T表示驱动力的周期,Y表示受迫振动达到稳定后砝码振动的振幅,则()A.由图线可知T0=4sB.由图线可知T0=8sC.当T在4s附近时,Y显著增大;当T比4s小得多或大得多时,Y很小D.当T在8s附近时,Y显著增大;当T比8s小得多或大得多时,Y很小解析:乙是自由振动的图象,从中可读出固有周期;丙是受迫振动的图象,从中可读出驱动力的周期;要判定受迫振动的强弱,只需比较驱动力周期与系统固有周期的关系,驱动力周期越接近系统的固有周期,振幅越大;反之越小.本题考查共振的条件和学生的识图､辨图能力.由题意知,乙图为系统自由振动的图象,该振动系统的固有振动周期
7、为T0=4s,选项A正确,B错误;当驱动力的周期等于该系统的固有周期时,发生共振,此时振幅最大,选项C正确,D错误.答案:AC点评:受迫振动的周期等于驱动力的周期,当驱动力的周期等于系统的固有周期时,发生共振,振幅最大,而与固有周期相差越远,振幅越小.巩固练习2如右图所示,五个摆悬挂于同一根绷紧的水平绳上,A是摆球质量较大的摆,让它摆动后带动其他摆运动,下列结论正确的是()A.其他各摆的振动周期与A摆的相同B.其他各摆的振幅都相等C.其他各摆的振幅不同,E摆的振幅最大D.其他各摆的振动周期不同,D摆周期最大解析:受迫振动的周期都应等于驱动力的周期(A摆的
8、周期).A､E两摆为双线摆,其等效摆长相等,LA=LE,A摆振动后迫使水平绳振动
