2019_2020学年高中物理第1章机械振动5受迫振动与共振学案沪科版选修3_4.doc

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1、受迫振动与共振　1.掌握阻尼振动、受迫振动的概念．　2.理解受迫振动的振幅与驱动力频率之间的关系．(重点)3．理解共振的原因，掌握共振的运动特点．(重点、难点)一、振动中的能量损失　空气中的弹簧振子和单摆，由于受到空气阻力的作用，做振幅逐渐减小的运动叫做阻尼振动．而钟摆能保持振幅不变，原因是定时补充能量的结果．二、受迫振动1．定义：物体在周期性变化的驱动力作用下的振动叫做受迫振动．2．受迫振动的特点：可以明显地观察到物体做受迫振动时，振动稳定后的频率等于驱动力的频率，而跟物体自身的固有频率无关．三、共振及其产生的条件1．共振：当驱动力的频率跟物体的固有频率相等时，物体做受迫振动的振幅最

2、大，这种现象叫做共振．声音的共振现象叫共鸣．2．共振的条件：f驱＝f固，即驱动力的频率与物体的固有频率相等．3．共振曲线：如图所示，共振曲线的横坐标为驱动力的频率，纵坐标为受迫振动物体的振幅．4．共振的利用和防止(1)防止：由共振曲线可知，f驱＝f固时，A＝Am振幅达到最大，f驱与f固差别越大时，物体做受迫振动的振幅A越小．由此可知，在需要防止共振危害的时候，要想办法使驱动力频率和固有频率不相等，而且相差越多越好．(2)应用：在需要利用共振时，应设法使驱动力的频率等于或者接近物体的固有频率．共振筛、微波炉、核磁共振成像及乐器上的共鸣箱等都是利用共振的实例．用扁担挑水时，有时桶里的水会荡

3、得厉害，并从桶中溅出来，这是为什么？如何避免发生这一现象？提示：挑水时，由于行走时肩膀的起伏，人通过扁担对水桶的作用，11使水因受到周期性的驱动力而产生受迫振动，当驱动力的频率接近或等于桶里水的固有频率时，水桶里的水就发生共振，所以水的动荡越来越厉害，直到溅出来．为了避免发生这种现象，就要使驱动力的频率和水桶里的水的固有频率相远离，解决的办法有改变行走的快慢或停止走动片刻，若在桶里放些漂浮物，增大阻尼，使振动系统克服阻力做功，消耗些能量，也可有效减小水的振动幅度．　简谐运动、阻尼振动与受迫振动的比较1．简谐运动是一种理想化的模型，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

4、影响，是更接近实际的一种运动．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．4．三者比较如下：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驱动力频率振幅不变减小大小变化不确定振动图像形状不确定实例弹簧振子振动，单摆做小角度摆动敲锣打鼓发出的声音越来越弱扬声器纸盆振动发声、钟摆的摆动　如图所示为单摆做阻尼振动时的振动图线，下列说法正确的是(　　)A．摆球在A时刻的动能等于在B时刻的动能B．摆球在A时刻的势能等于在B时刻的势能C．摆球在A时刻的机械能等于在B时刻的机械能D．摆球在后一时刻的动能总比前一时刻的动能小[思路点拨]解此

5、题要注意两点：(1)阻尼振动的振幅和能量逐渐减小．(2)阻尼振动的能量包括动能和势能．11[解析]　由于单摆在阻尼振动中，要不断地克服阻力做功，所以系统的机械能不断减少，即后一时刻的机械能一定小于前一时刻的机械能，C项错误；A、B两时刻由于单摆离开平衡位置的距离(或所处的高度)相同，所以势能相同，而总机械能在B时刻较小，所以在B时刻的动能比A时刻的动能小，故A项错误，B项正确；阻尼振动中，在摆球向平衡位置运动过程中，速度变大，动能所以是逐渐变大的，故D项错误．[答案]　B　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

6、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．0.25sC．2sD．4s[解析]　匀速转动摇把后，振子将做受迫振动，驱动力的周期跟摇把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．摇把匀速转动时的转速为240r/min＝4r/s，所以驱动力的周期T＝＝s＝0.25s.[答案]　B(1)对阻尼振动的理解①由于阻力做功，振动系统的机械能逐渐减小，振幅逐渐变小；②周期和频率由振动系统本身决定，阻尼振动中周期和频率不变．(2)对受迫振动的

7、理解①受迫振动的频率等于驱动力的频率②驱动力频率越接近固有频率，振幅越大．　　对共振的理解1．共振曲线(1)图乙表示的是用图甲所示装置进行共振实验所得的共振曲线：曲线表示受迫振动的振幅A(纵坐标)随驱动力频率f(横坐标)的变化而变化．驱动力频率f跟固有频率f0相差越小，振幅越大；驱动力频率f等于振动系统的固有频率f0时，振幅最大．11　　甲　　　　　　　乙　　　　　　　　丙(2)我们还可以用图乙表示出用图丙所示装置进行共振实验的共振曲线：曲线表