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34最新整理Word格式文档下载.docx
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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
（1）阻力作用下的振动
当振动系统受到阻力的作用时,振动受到了阻尼,系统克服阻尼的作用要做功，消耗机械能，因而振幅减小，最后停下来．
（2）阻尼振动
振幅逐渐减小的振动．振动系统受到的阻尼越大，振幅减小得越快，阻尼振动的图象如图11。
5 1所示,振幅越来越小,最后停止振动．
图11.5 1
1．固有频率由系统本身决定．（√）
2．阻尼振动的频率不断减小．（×
）
3．阻尼振动的振幅不断减小．（√）
1．阻尼振动的振幅在减小的过程中,频率是否随着减小？
【提示】 阻尼振动的振动频率保持不变．
2．若物体所做的振动是等幅振动，此物体一定是无阻尼振动吗？
【提示】 不一定．区分阻尼与无阻尼的条件是分析振子受不受阻力，而不是看振幅，若受阻力作用同时也有外力给系统做功补充能量时，也能保证振动物体做等幅振动．
阻尼振动与简谐运动（无阻尼振动）的比较
振动类型
阻尼振动
无阻尼振动（简谐运动）
产生条件
受到阻力作用
不受阻力作用
振动能量
振动能量有损失
振动能量保持不变
振幅
如果没有能量补充,振幅越来越小
振幅不变
频率
不变
振动图象
常见例子
悬挂的电灯被风吹动后开始振动，振幅越来越小,属于阻尼振动
弹簧振子的振动
1．一单摆做阻尼振动，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．通过某一位置时，机械能减小
D．机械能不守恒，周期不变
E．机械能守恒，频率不变
【解析】 单摆做阻尼振动时，振幅会减小，机械能减小，振动周期不变，故选项B、C、D对，A、E错．
【答案】 BCD
2．一单摆在空气中振动，振幅逐渐减小．下列说法正确的是（ ）【导学号:
23570028】
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
3．如图11.5。
2所示是单摆做阻尼振动的振动图线．
图11.5。
2
则摆球A时刻的动能________B时刻的动能,摆球A时刻的势能________B时刻的势能．
【答案】 大于 等于
阻尼振动的能量和周期
（1）阻尼振动的振幅不断减小，能量不断减少，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。
实际中的振动都会受到阻力的作用，当阻力较小时，可认为是简谐运动.
3阻尼振动中，机械能E等于动能Ek和势能Ep之和，即E＝Ek＋Ep，E减小,但动能和势能相互转化，当Ep相等，Ek不相等,而从振动图象上可能确定Ep的关系.
受迫振动、共振
1．受迫振动
（1）驱动力：
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：
驱动力的频率等于振动物体的固有频率时，受迫振动的振幅最大的现象．
（2）条件：
驱动力频率等于系统的固有频率．
（3）特征:
共振时受迫振动的振幅最大．
（4）共振曲线:
如图11 5 3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为振动物体的固有频率．
3
1．受迫振动的频率等于振动系统的固有频率．（×
2．驱动力频率越大，振幅越大．（×
3．生活中应尽量使驱动力的频率接近振动系统的固有频率．（×
1．洗衣机启动和停止时，随着电机转速的变化，有时洗衣机会振动得很厉害，这是什么原因?
【提示】 当洗衣机电机转动的频率等于洗衣机的固有频率时，发生了共振现象,这时洗衣机振动得很厉害．
2．要防止共振,需要采取什么措施？
【提示】 尽量使驱动力的频率与固有频率间的差距增大．
1．自由振动、受迫振动及共振的比较
自由振动
受迫振动
受力情况
仅受回复力
周期性驱动力
振动周期
或频率
由系统本身性质决定，即固有周期或固有频率
由驱动力的周期或频率决定，即T＝T驱或f＝f驱
T驱＝T固或f驱＝f固
振动物体的机械能不变
由产生驱动力的物体提供
振动物体获得的能量最大
弹簧振子或单摆
机械运转时底座发生的振动
共振筛、声音的共鸣等
2．共振曲线的理解和应用
（1）两坐标轴的意义：
纵轴：
受迫振动的振幅，如图11.5 4所示．横轴：
驱动力频率．
图11 5 4
（2）f0的意义:
表示固有频率．
（3）认识曲线形状:
f＝f0，共振；
f＞f0或f＜f0，振幅较小；
f与f0相差越大，振幅越小．
（4）结论:
驱动力的频率f越接近振动系统的固有频率f0,受迫振动的振幅越大，反之振幅越小．
4.如图11.5。
5所示为受迫振动的演示装置,当单摆A振动起来后，通过水平悬绳迫使单摆B、C振动，则下列说法正确的是（ ）
图11。
5.5
A．只有A、C摆振动周期相等
B．A摆的振幅比B摆的小
C．B摆的振幅比C摆的小
D．A、B、C三摆的振动周期相等
E．B、C两摆振动时的振幅与其摆长有关，而周期与摆长无关．
【答案】 CDE
5.如图11 5。
6所示为两个单摆受迫振动的共振曲线．两个单摆的固有周期之比为TⅠ∶TⅡ＝________.若两个受迫振动分别在月球上和地球上进行,且摆长相等，则图线________是月球上的单摆的共振曲线.【导学号:
23570029】
图11.5.6
【答案】 5∶2 Ⅰ
6．如图11.5.7所示，在曲轴A上悬挂一个弹簧振子，如果转动把手，曲轴可以带动弹簧振子上下振动．问：
图11 5.7
（1）开始时不转动把手,而用手往下拉振子，然后放手让振子上下振动，测得振子在10s内完成20次全振动，振子做什么振动？
其固有周期和固有频率各是多少?
若考虑摩擦和空气阻力，振子做什么振动?
（2）在振子正常振动过程中，以转速4r/s匀速转动把手,振子的振动稳定后，振子做什么运动？
其周期是多少？
【答案】
（1）简谐运动 0.5s 2Hz 阻尼振动
（2）受迫振动 0.25s
1．分析受迫振动的方法
（1）在分析受迫振动时，首先要弄清驱动力的来源．
（2）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，因而首先应确定驱动力的频率．
（3）当驱动力的频率等于固有频率时，发生共振．
2．改变受迫振动的振幅的方法
当f驱＝f固时,振幅最大．若改变受迫振动的振幅，可采取两种方法：
（1）改变给予振动系统周期性外力的周期,即改变驱动力频率．
（2）了解影响固有频率的因素，改变固有频率．
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