物理选修3-4课件：11-5外力作用下的振动(竞赛).ppt

物理选修3-4课件：11-5外力作用下的振动(竞赛).ppt

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知识点知识点1阻尼振动阻尼振动

（1）阻尼振动阻尼振动实实际际的的振振动动过过程程中中，系系统统受受到到了了摩摩擦擦力力和和其其他他阻阻力力，机机械械能能向向内内能能转转化化是是无无法法避避免免的的，振振动动过过程程中中机机械械能能不不断断减减小小使使振振动动逐逐渐渐减减弱弱直直至至最最终终停停止止。

这这种种振振幅幅逐逐渐渐减减小小的的振动叫阻尼振动。

阻尼振动的图象如图振动叫阻尼振动。

阻尼振动的图象如图1151所示。

所示。

图1151

（2）特点特点阻阻尼尼振振动的的振振幅幅尽尽管管在在减减小小，但但其其振振动周周期期（频率率）不不变，它它是是由由振振动系系统决决定定的的。

振振动系系统确确定定后后，其其振振动的的周期周期（频率率）就不就不变，称，称为固有周期固有周期（频率率）。

例例如如：

用用力力敲敲锣，由由于于锣受受到到空空气气的的阻阻尼尼作作用用，振振幅幅越来越小，越来越小，锣声减弱，但音声减弱，但音调不不变。

【例【例1】一一单摆做阻尼振做阻尼振动，则在振在振动过程中程中（）A振幅越来越小，周期也越来越小振幅越来越小，周期也越来越小B振幅越来越小，周期不振幅越来越小，周期不变C在在振振动过程程中中，通通过某某一一位位置置时，机机械械能能始始终不不变D振振动过程中，机械能不守恒，周期不程中，机械能不守恒，周期不变【答案【答案】B、D【解解析析】因因单单摆摆做做阻阻尼尼振振动动，根根据据阻阻尼尼振振动动的的定定义义可可知知，其其振振幅幅越越来来越越小小。

而而单单摆摆振振动动过过程程中中的的周周期期是是其其固固有有周周期期，是是由由本本身身条条件件决决定定的的，是是不不变变的的，故故A项项错错误误，B项项正正确确；又又因因单单摆摆做做阻阻尼尼振振动动过过程程中中，振振幅幅逐逐渐渐减减小小，振振动动的的能能量量也也在在减减少少，即即机机械械能能在在减减少少，所所以以C项项错错误误，D项正确。

选项正确。

选B、D。

【思思维维点点悟悟】阻阻尼尼振振动动的的特特点点是是：

振振幅幅不不断断减减小小，机机械能逐渐减小，不守恒，但周期械能逐渐减小，不守恒，但周期（或频率或频率）并不变。

并不变。

对应练习对应练习1一一单单摆摆在在空空气气中中振振动动，振振幅幅逐逐渐渐减减小小，下下列列说说法法正确的是正确的是（）A机械能逐渐转化为其他形式的能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后一时刻的机械能一定小于前一时刻的机械能解解析析：

单单摆摆振振动动过过程程中中，因因不不断断克克服服空空气气阻阻力力做做功功使使机机械械能能逐逐渐渐转转化化为为内内能能，A和和D正正确确；虽虽然然单单摆摆总总的的机机械械能能在在逐逐渐渐减减小小，但但在在振振动动过过程程中中动动能能和和势势能能仍仍不不断断地地相相互互转转化化，动动能能转转化化为为势势能能时时，动动能能逐逐渐渐减减小小，势势能能逐逐渐渐增增大大，势势能能转转化化为为动动能能时时，势势能能逐逐渐渐减减小小，动动能能逐逐渐渐增增大大，所所以以不不能能认认为为后后一一时时刻刻的的动动能能（或或势势能能）一一定定小小于于前前一一时时刻刻的的动动能能（或势能或势能），故，故B、C错误。

错误。

答案：

答案：

A、D知识点知识点2受迫振动受迫振动

（1）受迫振动受迫振动如如果果系系统统受受到到周周期期性性外外力力的的作作用用就就可可以以利利用用外外力力对对系系统统做做功功，补补偿偿系系统统因因阻阻尼尼作作用用而而损损失失的的能能量量，使使系系统统持持续续地振动下去，这样的振动称为受迫振动。

地振动下去，这样的振动称为受迫振动。

驱驱动动力力：

加加在在振振动动系系统统上上的的周周期期性性外外力力，叫叫做做驱驱动动力。

力。

物物体体做做受受迫迫振振动动时时，振振动动稳稳定定后后的的频频率率等等于于驱驱动动力力的频率，跟物体的固有频率无关。

的频率，跟物体的固有频率无关。

（2）自由振自由振动像像弹簧簧振振子子和和单摆那那样，物物体体偏偏离离平平衡衡位位置置后后，它它们就就在在自自己己的的弹力力或或重重力力作作用用下下振振动起起来来，这种种振振动叫叫做做自自由振由振动。

自由振自由振动不受外界的不受外界的驱动力作用。

力作用。

自由振自由振动的周期的周期（频率率）为系系统的固有周期的固有周期（频率率）。

注注意意：

物物体体的的振振动动如如按按照照能能量量是是否否存存在在损损耗耗来来分分可可分分为为阻阻尼尼振振动动（减减幅幅振振动动）和和无无阻阻尼尼振振动动（等等幅幅振振动动）；如如按按照照振振动的成因来分可分为自由振动或受迫振动。

动的成因来分可分为自由振动或受迫振动。

【例【例2】关于受迫振关于受迫振动，以下，以下说法中正确的是法中正确的是（）A是在一恒力作用下的振是在一恒力作用下的振动B振振动频率可能大于或小于系率可能大于或小于系统的固有的固有频率率C振振动频率一定等于固有率一定等于固有频率率D振振动频率一定等于率一定等于驱动力的力的频率率【答案【答案】B、D【解解析析】受受迫迫振振动动是是系系统统在在外外界界周周期期性性驱驱动动力力作作用用下下的的振振动动，驱驱动动力力是是周周期期性性的的，不不可可能能为为恒恒力力；系系统统做做受受迫迫振振动动时时，振振动动稳稳定定后后的的频频率率等等于于驱驱动动力力的的频频率率，这这个个频频率率可能大于、等于或小于固有频率，故可能大于、等于或小于固有频率，故B、D正确。

正确。

【思思维维点点悟悟】受受迫迫振振动动的的物物体体是是在在驱驱动动力力作作用用下下的的振振动动，因因此此振振动动的的频频率率（周周期期）是是驱驱动动力力的的频频率率（周周期期），要要与与自自由振动的固有频率由振动的固有频率（周期周期）作出区别。

作出区别。

知识点知识点3共振共振

（1）共振共振受受迫迫振振动动的的物物体体其其振振动动周周期期（或或频频率率）取取决决于于驱驱动动力力的的周周期期，并并且且当当驱驱动动力力的的周周期期（或或频频率率）与与物物体体的的固固有有周周期期（或或频率频率）相等时，受迫振动的振幅最大，这种现象叫做共振。

相等时，受迫振动的振幅最大，这种现象叫做共振。

（2）共振的条件共振的条件f驱驱f固固即驱动力的频率与物体的固有频率相等。

即驱动力的频率与物体的固有频率相等。

（3）共振曲共振曲线受受迫迫振振动的的振振幅幅随随驱动力力频率率变化化的的图线，叫叫做做共共振振曲曲线，如，如图1153所示。

所示。

图1153当当ff0时，受受迫迫振振动的的振振幅幅最最大大，由由此此可可知知f等等于于做做受迫振受迫振动物体的固有物体的固有频率。

率。

注注意意：

当当驱驱动动力力的的频频率率等等于于物物体体的的固固有有频频率率时时，做做受受迫振动的物体振幅达到最大。

迫振动的物体振幅达到最大。

从从受受力力角角度度来来看看：

振振动动物物体体所所受受驱驱动动力力的的方方向向跟跟它它的的运运动动方方向向相相同同时时，驱驱动动力力对对它它起起加加速速作作用用，使使它它的的振振幅幅增增大大，驱驱动动力力的的频频率率跟跟物物体体的的固固有有频频率率越越接接近近，使使物物体体振振幅幅增增大大的的力力的的作作用用次次数数就就越越多多，当当驱驱动动力力频频率率等等于于物物体体的的固固有有频频率率时时，它它的的每每一一次次作作用用都都使使物物体体的的振振幅幅增增加加，从从而而振幅达到最大。

振幅达到最大。

从从功功能能关关系系来来看看：

当当驱驱动动力力频频率率越越接接近近物物体体的的固固有有频频率率时时，驱驱动动力力与与物物体体运运动动一一致致的的次次数数越越多多，驱驱动动力力对对物物体体做做正正功功越越多多，振振幅幅就就越越大大。

当当驱驱动动力力频频率率等等于于物物体体固固有有频频率率时时，驱驱动动力力始始终终对对物物体体做做正正功功，使使振振动动能能量量不不断断增增加加，振振幅幅不不断断增增大大，直直到到增增加加的的能能量量等等于于克克服服阻阻尼尼作作用用损损耗耗的的能量，振幅才不再增加。

能量，振幅才不再增加。

【例例3】如如图1154所所示示，两两个个质量量分分别为M和和m的的小小球球，悬挂挂在在同同一一根根水水平平细线上上，当当M在在垂垂直直水水平平细线的平面内的平面内摆动时，下列，下列说法正确的是法正确的是（）图1154A两两摆的振的振动周期是相同的周期是相同的B当两当两摆的的摆长相等相等时，m摆的振幅最大的振幅最大C悬挂挂M的的竖直直细线长度度变化化时，m的振幅不的振幅不变Dm摆的振幅可能超的振幅可能超过M摆的振幅的振幅【答案【答案】A、B、D【解解析析】M摆摆动动时时，m摆摆做做受受迫迫振振动动，稳稳定定后后，m摆摆振振动动周周期期应应等等于于驱驱动动力力的的周周期期，即即等等于于M摆摆的的周周期期，故故选选项项A正正确确；当当m摆摆长长与与M摆摆长长相相等等时时，两两者者的的固固有有周周期期相相等等，而而M摆摆的的固固有有周周期期就就是是使使m做做受受迫迫振振动动的的驱驱动动力力周周期期，可可见见m摆摆处处于于共共振振状状态态，选选项项B正正确确；M摆摆长长发发生生变变化化，就就是是使使m做做受受迫迫振振动动的的驱驱动动力力周周期期发发生生变变化化，由由于于m的的固固有有周周期期不不变变。

这这样样两两个个周周期期差差别别就就发发生生了了变变化化，因因而而m的的振振幅幅也也发发生生了了变变化化，选选项项C错错误误；单单摆摆振振动动的的能能量量不不仅仅与与振幅有关，还跟振动系统的质量有关。

振幅有关，还跟振动系统的质量有关。

如如果果M的的质质量量比比m的的大大得得多多，从从M向向m传传递递的的能能量量有有可可能能使使m的的振振幅幅大大于于M的的振振幅幅，选选项项D正正确确。

综综上上所所述述，正确答案是正确答案是A、B、D项。

项。

【思思维维点点悟悟】在在分分析析解解答答有有关关共共振振问问题题时时，要要抓抓住住产产生生共共振振的的条条件件分分析析：

驱驱动动力力的的频频率率接接近近或或等等于于固固有有频频率率时时产产生生共共振振，此此时时振振动动的的振振幅幅最最大大，还还要要注注意意从从受受力力角角度度和和能量关系方面分析共振问题。

能量关系方面分析共振问题。

对应练习对应练习3一一洗洗衣衣机机在在正正常常工工作作时时非非常常平平稳稳，当当切切断断电电源源后后，发发现现洗洗衣衣机机先先是是振振动动越越来来越越剧剧烈烈，然然后后振振动动逐逐渐渐减减弱弱，对对这一现象，下列说法正确的是这一现象，下列说法正确的是（）正正常常工工作作时时，洗洗衣衣机机波波轮轮的的运运转转频频率率比比洗洗衣衣机机的的固固有频率大有频率大正正常常工工作作时时，洗洗衣衣机机波波轮轮的的运运转转频频率率比比洗洗衣衣机机的的固固有频率小有频率小正正常常工工作作时时，洗洗衣衣机机波波轮轮的的运运转转频频率率等等于于洗洗衣衣机机的的固有频率固有频率当当洗洗衣衣机机振振动动最最剧剧烈烈时时，波波轮轮的的运运转转频频率率恰恰好好等等于于洗衣机的固有频率洗衣机的固有频率ABCD解解析析：

洗洗衣衣机机切切断断电电源源，波波轮轮转转动动逐逐渐渐慢慢下下来来，在在某某一一小小段段时时间间内内洗洗衣衣机机发发生生了了强强烈烈的的振振动动，说说明明了了此此时时波波轮轮的的频频率率与与洗洗衣衣机机固固有有频频率率相相同同，发发生生了了共共振振。

此此后后波波轮轮转转速速减减慢慢，则则f驱驱f固固，所所以以共共振振现现象象消消失失，洗洗衣衣机机的的振振动动随随之减弱。

之减弱。

答案：

答案：

C1.自由振自由振动、受迫振、受迫振动和共振的关系和共振的关系振振动类型型项目目自由振自由振动受迫振受迫振动共振共振受力情况受力情况回复力回复力周期性周期性驱动力作用力作用周期性周期性驱动力作用力作用振振动周期周期或或频率率由系由系统本身性本身性质决定，即固决定，即固有周期或固有有周期或固有频率率由由驱动力的周力的周期或期或频率决定，率决定，即即TT驱或或ff驱T驱T固