物理（人教版选修3-4）课件第11章第5节外力作用下的振动

第一部分第十一章机械振动第五节外力作用下的振动1．了解受迫振动、阻尼振动、固有频率等概念．2．知道受迫振动的频率由驱动力的频率决定．3．了解共振概念，知道发生共振的条件．4．了解共振的防止和应用．学案一

固有振动和阻尼振动学案二

受迫振动和共振固有振动和阻尼振动一、固有振动如果振动系统不受________的作用，此时的振动叫做固有振动，其振动频率称为____________．二、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________，系统克服________的作用要做功，消耗机械能，因而________减小，最后停下来．外力固有频率阻尼阻尼振幅2．阻尼振动：________逐渐减小的振动．振动系统受到的________越大，________减小得越快．阻尼振动的图象如图所示，振幅越来越小，最后停止振动．3．实际振动的理想化：当______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__________来处理．振幅阻尼振幅阻尼简谐运动

(多选)如图所示是单摆做阻尼振动的振动图象，下列说法正确的是(

)A．摆球tA时刻的动能等于tB时刻的动能B．摆球tA时刻的势能等于tB时刻的势能C．摆球tA时刻的机械能等于tB时刻的机械能D．摆球tA时刻的机械能大于tB时刻的机械能思路点拨：解析：选项内容分析结论A由于tA时刻的机械能大于tB时刻的机械能，而tA、tB两时刻的势能相等，故tA时刻的动能大于tB时刻的动能错误B摆球的质量m是定值．由于tA、tB两时刻摆球的位移相同，故这两个时刻摆球相对于零势能点的高度h相同，则势能mgh也相同正确C单摆做阻尼振动，由于克服阻力做功使其机械能逐渐减小，故振幅减小错误D正确答案：BD【题后总结】解决本题的关键是能够根据阻尼振动图象判断tA、tB两时刻所示的物体位移相等，并由此判断出其势能相等，再根据阻尼振动机械能减小的特点，判断出其动能减小．【训练】1．(多选)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．在振动过程中，通过某一位置时，机械能始终不变D．在振动过程中，机械能不守恒解析：因单摆做阻尼振动，根据阻尼振动的定义可知，其振幅越来越小．而单摆振动过程中的周期是其固有周期，是由单摆本身条件决定的，是不变的，故选项A错误，选项B正确；又因单摆在阻尼振动过程中，振幅逐渐减小，振动的能量也在减少，即机械能在减少，故选项C错误，选项D正确．答案：BD2．(多选)若空气阻力不可忽略，单摆在小于10°的偏角的摆动中，总是减小的物理量为(

)A．振幅 B．位移C．周期 D．机械能3．(多选)关于阻尼振动和无阻尼振动，下列说法正确的是(

)A．阻尼振动机械能不断减小B．无阻尼振动机械能守恒C．阻尼振动振幅不断减小D．无阻尼振动就是简谐运动解析：无阻尼振动是振幅不变的振动，机械能守恒．阻尼振动是振幅不断减小的振动，机械能不断减小，所以机械能不守恒．简谐运动是指不受任何阻力的运动，能量守恒，振幅不变，它是无阻尼振动，但不能理解为无阻尼振动都是简谐运动．答案：ABC受迫振动和共振一、受迫振动1．持续振动的获得实际的振动由于阻尼作用最终要停下来，要维持系统的持续振动，最简单的办法是使________的外力作用于振动系统，外力对系统________，补偿系统的_____________．2．驱动力：作用于振动系统的___________的外力．周期性做功能量损耗周期性3．受迫振动：振动系统在__________作用下的振动．4．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________的频率，与系统的____________无关，即f迫_____f驱．驱动力驱动力固有频率＝二、共振1．共振：物体做受迫振动时，当驱动力的频率________系统的固有频率时，受迫振动的________最大，这种现象叫做共振．2．共振的防止和应用：在需要利用共振的时候，应使驱动力的频率尽可能接近物体的___________；在防止共振时，驱动力的频率与物体的固有频率相差越________越好．等于振幅固有频率大一、简谐运动、阻尼振动与受迫振动的区别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；阻尼振动却考虑阻力的影响，是更实际的一种运动；受迫振动则是物体做阻尼振动时受到周期性驱动力作用下的振动．三者对比列表如下：振动类型比较项目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固有频率驱动力频率振幅不变减小大小变化不确定二、对共振曲线的理解1．理解两轴意义纵轴：受迫振动的振幅，如图所示．横轴：驱动力频率．2．f0的意义表示固有频率．3．认识曲线形状f＝f0，共振，振幅最大；f＞f0或f＜f0，振幅较小，相差越大，振幅越小．

(多选)一砝码和一轻弹簧构成弹簧振子，如图甲所示的装置可用于研究该弹簧振子的受迫振动．匀速转动把手时，曲杆给弹簧振子以驱动力，使振子做受迫振动．把手匀速转动的周期就是驱动力的周期，改变把手匀速转动的速度就可以改变驱动力的周期．若保持把手不动，给砝码一向下的初速度，砝码便做简谐运动，振动图象如图乙所示．当把手以某一速度匀速转动，受迫振动达到稳定时，砝码的振动图象如图丙所示．若用T0表示弹簧振子的固有周期，T表示驱动力的周期，Y表示受迫振动达到稳定后砝码振动的振幅，则(

)A．由图线可知T0＝4sB．由图线可知T0＝8sC．当T在4s附近时，Y显著增大；当T比4s小得多或大得多时，Y很小D．当T在8s附近时，Y显著增大；当T比8s小得多或大得多时，Y很小解析：图乙是弹簧振子未加驱动力时振动的图象，故由图乙读出的周期为其振动的固有周期，即T0＝4s．图丙是弹簧振子在驱动力作用下的振动图象．做受迫振动的物体，其振动的周期等于驱动力的周期，即T＝8s．当固有周期与驱动力的周期相同时，其振幅最大；周期差别越大，其振动振幅越小．由以上分析可知，选项A、C正确．答案：AC【题后总结】共振问题的分析方法(1)在分析解答有关共振问题时，要抓住产生共振的条件：驱动力的频率等于固有频率，此时振动的振幅最大．(2)在分析有关共振的实际问题时，要抽象出受迫振动这一物理模型，弄清驱动力频率和固有频率，然后利用共振的条件进行求解．解析：弹簧振子做受迫振动，其振动周期与驱动力周期(把手匀速转动的周期T2)相同．弹簧振子的固有周期为T1，把手的转速越大，转动的周期T2越小，当T2＝T1时，弹簧振子发生共振，振幅达到最大，因此选项B、D正确．答案：BD2．(多选)下列说法正确的是(

)A．当f驱接近f固时，驱动力作为动力的次数多B．当f驱＝f固时，驱动力始终是动力C．当f驱＝f固时，受迫振动的振幅始终增大D．不论f驱与f固相差多少，驱动力始终是动力解析：物体做受迫振动时，驱动力可能在某段时间内对物体做正功，也可能做负功．当驱动力频率接近固有频率时，做正功的次数多．若f驱＝f固，驱动力一直做正功，但振幅不一定一直增大，当补充的能量等于转化成其他形式的能量时，振幅达到稳定状态．答案：AB3．(多选)下列说法正确的是(

)A．物体做自由振动的周期等于固有周期B．物体做阻尼振动的周期等于固有周期C．物体做受迫振动的周期等于固有周期D．发生共振时，振动的周期等于固有周期解析：物体做自由振动时的周期为固有周期，因此选项A正确．做阻尼振动时，虽然振幅越来越小，但振动周期仍等于固有周期，选项B正确．物体做受迫振动时其周期等于驱动力的周期，只有发生共振时物体振动的周期才等于其固有周期，选项C错误，选项D正确．答案：ABD4.(多选)如图所示，四个单摆的摆长分别为l1＝2m、l2＝1.5m、l3＝1m、l4＝0.5m，它们悬挂于同一根横线上，现用一周期为2s的水平驱动力以垂直于线的方向作用在横线上，使它们做受迫振动，振动稳定时(

)A．四个摆的周期相同B．四个摆的周期不同，但振幅相等C