2020高中物理第十一章机械振动第5节外力作用下的振动学案新人教版选修3_.doc

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1、第5节　外力作用下的振动1．知道什么是固有振动、固有频率和阻尼振动，并对固有振动和阻尼振动能从能量转化的角度予以说明。2．知道什么是受迫振动，知道物体做受迫振动的频率特点。3．知道什么是共振现象，掌握产生共振的条件，知道常见的共振的应用和危害。一、固有振动、阻尼振动1．固有振动振动系统在不受外力作用下的振动叫做固有振动，固有振动的频率叫做固有频率。小球和弹簧组成了一个系统——弹簧振子。弹簧对于小球的作用力——回复力，是系统的内力；而来源于系统以外的作用力，例如摩擦力或手指对小球的推力，则是外力。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

2、作用要做功，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。二、受迫振动与共振1．受迫振动(1)驱动力：为了使系统持续振动，作用于振动系统的周期性的外力。(2)受迫振动：振动系统在驱动力作用下的振动。(3)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，跟系统的固有频率没有关系。2．共振(1)定义：驱动力的频率f等于系统的固有频率f0时，受迫振动的振幅最大的现象。(2)共振曲线：如图所示。表示受迫振动的振幅A与驱动力频率f的关系图象，图中f0为振动系统的固有频率。-15-(3)共振的应用与防止①应用：在应用共振时，应使

3、驱动力频率接近或等于振动系统的固有频率，如转速计、共振筛。②防止：在防止共振时，驱动力频率与系统的固有频率相差越大越好，如部队过桥时用便步。判一判(1)阻尼振动的频率随振幅的减小而不断减小。(　　)(2)系统做受迫振动时的振动频率与其固有频率无关。(　　)(3)做受迫振动的系统的机械能守恒。(　　)(4)驱动力的频率越大，系统的振幅越大。(　　)(5)驱动力的频率等于系统的固有频率时发生共振。(　　)(6)共振只有害处，没有好处。(　　)提示：(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)√　(6)×想一想(1)实际的弹簧振子的运动是阻尼振动吗？提示：实际的弹簧振子在运

4、动中除受弹力外，还受摩擦力等阻力的作用，振幅逐渐减小，因此振子做的是阻尼振动。当阻尼很小时，在不太长时间内看不出振幅有明显的减小，于是就可以把它当做简谐运动来处理。(2)做受迫振动的物体一定会发生共振吗？提示：不一定。物体做受迫振动时，当驱动力的频率等于振动系统的固有频率时，才会发生共振，即发生共振的物体一定做受迫振动，做受迫振动的物体不一定发生共振。课堂任务　阻尼振动　　　　　　对阻尼振动的认识-15-(1)振动系统最常见的外力是摩擦力或其他阻力。当系统受到阻力作用时，我们说系统振动受到了阻尼。系统克服阻尼的作用要消耗机械能，因而振幅减小，最后停下来，阻尼振动的图象如

5、图所示。(2)阻尼振动的振幅不断减小，系统的机械能不断减少，但阻尼振动的频率不变，其频率为系统振动的固有频率，由系统本身决定。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。(3)系统做阻尼振动时，振幅减小得快慢跟所受阻尼的大小有关。振动系统受到的阻尼越大，振幅减小得越快。阻尼过大时，系统不能发生振动。阻尼越小，振幅减小得越慢，当阻尼很小时，在不太长的时间内看不出振幅有明显的减小，于是可以把它当做简谐运动来处理。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　例1　如图所示是一个弹簧振子做阻尼振动的振动图象，曲线上A、B两点的连线与横轴平行，下列说法

6、正确的是(　　)A．振子在A时刻的动能等于在B时刻的动能B．振子在A时刻的势能等于在B时刻的势能C．振子在A时刻的机械能等于在B时刻的机械能D．振子从A到B过程周期逐渐减小系统做阻尼振动时什么变化？什么不变？提示：振幅和振动系统的机械能变化，振动的周期和频率不变。[规范解答]　由于弹簧振子做阻尼振动，所以A时刻的机械能大于B-15-时刻的机械能，C错误；由于振子的势能与振子偏离平衡位置的位移有关，A、B时刻振子偏离平衡位置的位移相同，故A、B两时刻振子的势能相同，振子的机械能在减小，故振子在A时刻的动能大于在B时刻的动能，A错误，B正确；振子做阻尼振动时，周期、频率不改

7、变，D错误。[完美答案]　B阻尼振动的能量和周期(1)阻尼振动的振幅不断减小，振动的能量不断减小，但阻尼振动的频率不变，其频率为固有频率，由系统本身决定。(2)自由振动是一种理想情况，也叫简谐运动。实际的振动都会受到阻尼的作用，当阻尼较小时，可认为是简谐运动。　(多选)一单摆在空气中振动，振幅逐渐减小。下列说法正确的是(　　)A．机械能逐渐转化为其他形式的能B．后一时刻的动能一定小于前一时刻的动能C．后一时刻的势能一定小于前一时刻的势能D．后一时刻的机械能一定小于前一时刻的机械能E．后一时刻的动能可能大于前一时刻的动能答案　ADE解析　单