物理 第一章 機(jī)械振動 4 阻尼振動 受迫振動 教科版選修3-4

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1、4阻尼振動受迫振動第一章機(jī)械振動學(xué)習(xí)目標(biāo)1.知道什么是阻尼振動和無阻尼振動，并能從能量的觀點(diǎn)給予說明.2.知道受迫振動的頻率等于驅(qū)動力的頻率，而跟振動物體的固有頻率無關(guān).3.理解共振的概念，知道常見的共振的應(yīng)用和危害. 內(nèi)容索引重點(diǎn)探究啟迪思維 探究重點(diǎn)達(dá)標(biāo)檢測檢測評價 達(dá)標(biāo)過關(guān)自主預(yù)習(xí)預(yù)習(xí)新知 夯實(shí)基礎(chǔ)自主預(yù)習(xí)一、阻尼振動自由振動一、阻尼振動自由振動1.阻尼振動系統(tǒng)在振動過程中受到 的作用，振動逐漸消逝， 逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌芰?，這種振動叫做 振動.2.自由振動(1)定義：系統(tǒng)不受外力作用，也不受任何 ，只在自身回復(fù)力作用下的振動.(2)固有頻率： 的頻率，由系統(tǒng)本身的特征決定.阻力振動能量阻尼

2、阻力自由振動二、受迫振動二、受迫振動1.驅(qū)動力加在振動系統(tǒng)上的 的外力.2.受迫振動(1)定義：系統(tǒng)在 作用下的振動.(2)受迫振動的周期和頻率.做受迫振動的物體振動穩(wěn)定后，其振動周期等于 的周期，振動頻率等于 的頻率，跟系統(tǒng)的固有頻率 (填“有關(guān)”或“無關(guān)”).周期性驅(qū)動力驅(qū)動力驅(qū)動力無關(guān)三、共振及其應(yīng)用和防止三、共振及其應(yīng)用和防止1.共振(1)定義：驅(qū)動力的頻率 振動物體的固有頻率時，受迫振動的振幅_，這種現(xiàn)象叫做共振.(2)共振曲線(如圖1所示)圖1等于最大2.共振的應(yīng)用和防止(1)利用：在需要利用共振時，應(yīng)使驅(qū)動力的頻率 (填“接近”“遠(yuǎn)離”或“等于”)或 (填“接近”“遠(yuǎn)離”或“等于

3、”)振動系統(tǒng)的固有頻率.(2)防止：在需要防止共振時，應(yīng)使驅(qū)動力的頻率 (填“接近”“遠(yuǎn)離”或“等于”)振動系統(tǒng)的固有頻率.接近等于遠(yuǎn)離1.判斷下列說法的正誤.(1)受迫振動的頻率與振動系統(tǒng)的固有頻率無關(guān).()(2)驅(qū)動力頻率越大，振幅越大.()(3)共振只有害處沒有好處.()(4)做受迫振動的物體一定會發(fā)生共振.()(5)阻尼振動的頻率隨振幅的減小而不斷減小.()即學(xué)即用即學(xué)即用答案2.A、B兩個彈簧振子，A的固有頻率為f，B的固有頻率為4f，若它們均在頻率為f的驅(qū)動力作用下做受迫振動，則_的振幅較大，A的振動頻率是_，B的振動頻率是_.答案Aff重點(diǎn)探究一、簡諧運(yùn)動、阻尼振動和受迫振動導(dǎo)學(xué)

4、探究導(dǎo)學(xué)探究如圖2所示的實(shí)驗裝置為一掛在曲軸上的彈簧振子，勻速搖動手柄，下面的彈簧振子就會振動起來.實(shí)際動手做一下，然后回答以下幾個問題.(1)如果手柄不動而用手拉動一下振子，從振幅角度看彈簧振子的振動屬于什么振動？答案答案阻尼振動答案圖2(2)從有沒有系統(tǒng)外力作用角度看彈簧振子的振動屬于什么振動？答案答案固有振動(3)手柄勻速搖動時，觀察到振幅有什么變化？為什么？答案答案振幅不變，提供系統(tǒng)外力，補(bǔ)償系統(tǒng)損失的能量(4)用不同的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動手柄，彈簧振子的振動有何不同？這能說明什么問題？答案答案轉(zhuǎn)速大時彈簧振子振動得快，說明彈簧振子振動的周期和頻率由手柄轉(zhuǎn)速決定.振幅可能有變化，可能會出現(xiàn)共振

5、.答案知識深化知識深化對簡諧運(yùn)動、阻尼振動與受迫振動的理解和比較對簡諧運(yùn)動、阻尼振動與受迫振動的理解和比較(1)三種振動的理解簡諧運(yùn)動是一種理想化的模型，物體運(yùn)動過程中的一切阻力都不考慮.阻尼振動考慮阻力的影響，是更實(shí)際的一種運(yùn)動.受迫振動是物體做阻尼振動時受到周期性驅(qū)動力作用下的振動. (2)三種振動的比較振動類型比較項目簡諧運(yùn)動阻尼振動受迫振動產(chǎn)生條件不受阻力作用受阻力作用受阻力和驅(qū)動力作用頻率固有頻率頻率不變由驅(qū)動力的頻率決定振動圖像形狀不確定常見例子彈簧振子或單擺敲鑼打鼓時發(fā)出的聲音越來越弱機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時底座發(fā)生的振動解析解析因單擺做阻尼振動，所以振幅越來越小，機(jī)械能越來越小，振動頻率不變

6、，故選B、D.例例1(多選)一單擺做阻尼振動，則在振動過程中A.振幅越來越小，頻率也越來越小B.振幅越來越小，頻率不變C.在振動過程中，通過某一位置時，機(jī)械能始終不變D.在振動過程中，機(jī)械能不守恒答案解析解析解析彈簧振子受搖把的作用而振動，做受迫振動，所以其振動的周期等于驅(qū)動力的周期，故正確答案為C.例例2如圖3所示，在曲軸上懸掛一彈簧振子，轉(zhuǎn)動搖把，曲軸可以帶動彈簧振子上下振動.開始時不轉(zhuǎn)動搖把，讓振子自由上下振動，測得其頻率為2 Hz，然后以60 r/min的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動搖把，當(dāng)振子振動穩(wěn)定時，它的振動周期為A.0.25 s B.0.5 s C.1 s D.2 s答案解析圖3二、共振及其應(yīng)

7、用和防止導(dǎo)學(xué)探究導(dǎo)學(xué)探究洗衣機(jī)在衣服脫水完畢拔掉電源后，電動機(jī)還要轉(zhuǎn)動一會兒才能停下來.在拔掉電源后，發(fā)現(xiàn)洗衣機(jī)先振動得比較弱，有一陣子振動得很劇烈，然后振動慢慢減弱直至停下來.(1)開始時，洗衣機(jī)為什么振動比較弱？答案答案開始時，脫水桶轉(zhuǎn)動的頻率遠(yuǎn)高于洗衣機(jī)的固有頻率，振幅較小，振動比較弱.(2)期間劇烈振動的原因是什么？答案答案當(dāng)洗衣機(jī)脫水桶轉(zhuǎn)動的頻率等于洗衣機(jī)的固有頻率時發(fā)生共振，振動劇烈.答案知識深化知識深化共振及其應(yīng)用與防止共振及其應(yīng)用與防止(1)共振的條件：驅(qū)動力的頻率與系統(tǒng)的固有頻率相等，即f驅(qū)f固.(2)共振曲線圖4如圖4所示，共振曲線的橫坐標(biāo)為驅(qū)動力的頻率，縱坐標(biāo)為受迫振動系

8、統(tǒng)的振幅.從受力角度看：當(dāng)振動物體所受驅(qū)動力的方向跟它的運(yùn)動方向相同時，驅(qū)動力對它起加速作用，使它的振幅增大，當(dāng)驅(qū)動力的頻率等于物體的固有頻率時，它的每一次作用都使物體的振幅增加，從而振幅達(dá)到最大.從功能關(guān)系看：當(dāng)驅(qū)動力的頻率等于物體的固有頻率時，驅(qū)動力始終對物體做正功，使振動能量不斷增加，振幅不斷增大，直到增加的能量等于克服阻尼作用損耗的能量，振幅才不再增加.f0的意義：表示固有頻率.認(rèn)識曲線的形狀：ff0，共振；ff0或ff0，振幅較小.f與f0相差越大，振幅越小.(3)共振的利用與防止利用：由共振的條件知，要利用共振，就應(yīng)盡量使驅(qū)動力的頻率與物體的固有頻率一致.如共振篩、蕩秋千、共振轉(zhuǎn)速

9、計等.防止：由共振曲線可知，在需要防止共振危害時，要盡量使驅(qū)動力的頻率和固有頻率不相等，而且相差越多越好.如：部隊過橋應(yīng)便步走.說明：共振是物體做受迫振動時的一種特殊現(xiàn)象.例例3(多選)如圖5所示，在一根張緊的水平繩上懸掛五個擺，其中A、E的擺長為l，B的擺長為0.5l，C的擺長為1.5l，D的擺長為2l，先使A振動起來，其他各擺隨后也振動起來，則擺球振動穩(wěn)定后A.D的振幅一定最大B.E的振幅一定最大C.B的周期一定最短D.其余四個擺的周期相同答案解析圖5解析解析A振動起來后，使得B、C、D、E做受迫振動，振動的頻率都等于A振動的頻率，即各擺振動的周期都相等，選項C錯誤，D正確；由于D與A的擺

10、長相差最大，E與A的擺長相等，所以D的振幅最小，E發(fā)生共振，振幅最大，選項A錯誤，B正確.例例4(多選)下列關(guān)于共振和防止共振的說法，正確的是A.共振現(xiàn)象總是有害的，所以要避免共振現(xiàn)象發(fā)生B.隊伍過橋要慢行是為了不產(chǎn)生周期性的驅(qū)動力，從而避免產(chǎn)生共振C.火車過橋慢行是為了使驅(qū)動力的頻率遠(yuǎn)小于橋的固有頻率，從而避免 產(chǎn)生共振D.利用共振時，應(yīng)使驅(qū)動力的頻率接近或等于振動物體的固有頻率，防 止共振危害時，應(yīng)使驅(qū)動力的頻率遠(yuǎn)離振動物體的固有頻率答案解析解析解析共振現(xiàn)象有利也有弊，A項錯誤；過橋慢行是為了使驅(qū)動力的頻率與橋的固有頻率相差很多，從而避免橋產(chǎn)生共振現(xiàn)象，B項錯誤，C項正確；當(dāng)固有頻率與驅(qū)動

11、力的頻率相同時，物體產(chǎn)生共振現(xiàn)象，D項正確. 達(dá)標(biāo)檢測1231.(對阻尼振動的理解對阻尼振動的理解)(多選)一單擺在空氣中振動，振幅逐漸減小，下列說法正確的是A.振動的機(jī)械能逐漸轉(zhuǎn)化為其他形式的能B.后一時刻的動能一定小于前一時刻的動能C.后一時刻的勢能一定小于前一時刻的勢能D.后一時刻的機(jī)械能一定小于前一時刻的機(jī)械能答案解析解析解析單擺振動過程中，會不斷克服空氣阻力做功使機(jī)械能逐漸減小，A、D對；雖然單擺總的機(jī)械能在逐漸減少，但在振動過程中動能和勢能仍不斷地相互轉(zhuǎn)化.動能轉(zhuǎn)化為勢能時，動能逐漸減少，勢能逐漸增加，而勢能轉(zhuǎn)化為動能時，勢能逐漸減少，動能逐漸增加，所以不能斷言后一時刻的動能(或勢

12、能)一定小于前一時刻的動能(或勢能)，故B、C錯.123解析解析根據(jù)受迫振動發(fā)生共振的條件可知甲的振幅較大，受迫振動的頻率等于驅(qū)動力的頻率，故甲、乙振動的頻率均等于9 Hz.2.(對受迫振動的理解對受迫振動的理解)如圖6所示，把兩個彈簧振子懸掛在同一支架上，已知甲彈簧振子的固有頻率為9 Hz，乙彈簧振子的固有頻率為72 Hz，當(dāng)支架在受到豎直方向且頻率為9 Hz的驅(qū)動力作用做受迫振動時，則_(選填“甲”或“乙”)的振幅較大，甲振動頻率是_ Hz，乙振動頻率是_ Hz.答案解析123圖6甲99解析解析由題圖可知當(dāng)驅(qū)動力的頻率為f2時，振子的振幅最大，即振子發(fā)生共振現(xiàn)象，故A正確；由共振條件知振子的固有頻率為f2，所以C正確，D錯誤；振子做受迫振動時，振動頻率由驅(qū)動力的頻率決定，故B正確.3.(共振共振)(多選)如圖7表示一彈簧振子做受迫振動時的振幅與驅(qū)動力頻率的關(guān)系，由圖可知A.驅(qū)動力頻率為f2時，振子處于共振狀態(tài)B.驅(qū)動力頻率為f3時，振子的振動頻率為f3C.假如讓振子自由振動，它的頻率為f2D.振子做自由振動時，頻率可以為f1、f2、f3答案解析123圖7