高中物理 第一章 4 阻尼振动　受迫振动学案 教科版选修3-4

1、阻尼振动强制振动目标位置 1。可以知道阻尼振动和无阻尼振动，并从能量角度进行说明。2。知道强制振动的概念。知道强制振动的频率等于驱动力的频率，与振动物体的固有频率无关。3。理解共振的概念，知道一般共振的应用和危险。一、阻尼振动问题设计研究弹簧摆和摆振动时，我们强调忽略阻力的影响。他们所做的震动都属于狭隘的运动。实验室中振动弹簧摆，过一段时间停止振动，你知道是什么原因吗？答案电阻干扰了钟摆的运动，将机械能能量转化为内部能量。点精制1.阻尼振动系统在振动过程中受到阻力的作用，振动逐渐消失，振动能量逐渐变成其他能量。阻尼振动的图像如图1所示。图12.自由振动系统没有受到外力的作用，也没有受到任何阻力

2、，只在磁恢复力的作用下振动。3.自然频率自由振动的频率由系统本身的特性决定。4.物体制动振动时振幅继续减小，但振动的频率仍由自己的结构特性决定，不随振幅的减小而变化。例如，用力敲锣。锣是空气的阻尼作用，振幅越来越小，锣声减弱，但音调不变。二、强迫振动问题设计如图2所示，当弹簧钟摆振动时，钟摆会慢慢停止，如何保持振动？图2答案是作用于弹簧振子的外力。点精制1.连续振动获取实际振动由于阻尼作用最终停止，为了保持系统的持续振动，周期外力作用于振动系统，外力作用于系统，从而补偿系统的能量损失。2.推力作用于振动系统的周期性外力。强迫振动：驱动力下振动系统的振动。4.强制振动的频率：强制振动的系统振动稳

3、定后，振动周期(频率)等于驱动力的周期(频率)。与系统的固有周期(频率)无关。三、共振问题设计你知道军队过桥的时候为什么走吗？答案防止共振现象。点精制1.共振驱动力的频率等于振动物体的固有频率时，强制振动的振幅最大的现象。2.共振条件驱动力的频率等于系统的固有频率，即F驱动器=F固体。3.共振曲线如图3所示：图3共振的应用和预防(1)应用：应用共振时，使驱动力频率接近或等于振动系统的固有频率。谐振体、秋千摆动、谐振速度计等(2)防止：阻止共振时，使驱动力的频率远离振动系统的固有频率。部队过桥时走路，火车过桥时放慢速度等。5.自由振动、强迫振动和共振的比较振动类型比较项目自由振动强迫振动共振受力

4、的情况只接受恢复力周期性推进力作用周期性推进力作用振动周期或频率由系统本身的特性决定，即固有周期或固有频率由驱动力的周期或频率确定，即t=t驱动器或f=f驱动器t驱动器=t实体或f驱动器=f实体振动能量振动物体的机械能(或保存)由产生驱动力的物体提供振动物体获得的能量最大常见的例子弹簧振子或钟摆机器运转时底座发生的振动共振体、声音共振等一、对阻尼振动的理解示例1如果钟摆发出阻尼振动，则在振动中()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.振动过程中通过特定位置时机械能不变D.振动中机械能守恒是没有保障的。在分析中，钟摆进行阻尼振动，因此振幅越来越小，机械能大小越来越小，振动

5、周期不变。答复BD二、对强迫振动的认识如示例2图4所示，将两个弹簧摆挂在同一个支架上，已知甲弹簧摆的固有频率为9 Hz，乙弹簧摆的固有频率为72 Hz，如果支架在垂直方向上以9 Hz的驱动力作用进行强迫振动，则两个弹簧摆的振动情况为()。图4A.a. a的振幅很大，振动频率为18 HzB.a的振幅很大，振动频率为9 HzC.b的振幅很大，振动频率为9 HzD.b的振幅很大，振动频率为72 Hz可以看出，根据分析强迫振动发生共振的条件，甲的振幅很大。甲的固有频率等于驱动力的频率，强制振动的物体的频率等于驱动力的频率，因此B选项是正确的。答案b三、对共振的理解示例3图5所示的演示设备。一根绷紧的水

6、平绳索上挂着五个终端，其中A，E的长度相等，先摇晃A，剩下的每个钟摆也可以摆动，发现稳定振动()图5A.每个钟摆的唯一周期是相同的B.每个钟摆振动周期与钟摆相同。C.c钟摆振幅最大D.b摆振动周期最小值分析钟摆的固有周期由钟摆长度决定，因此，除了A，E固有周期相同外，其他钟摆的固有周期不同。A振动后，通过水平绳索给周围B，C，D，E的四个部分提供周期性推进力，四周都在相同的推进力作用下进行强迫运动，因此他们的振动周期都等于A的固有周期。b对，D错了。其中e钟摆发生了共振现象，振幅最大，c错了。答案b示例4如果钟摆强制振动，谐振曲线(振幅A和驱动力频率F的关系)牙齿图6所示()图6A.牙齿钟摆的

7、固有周期约为0.5 sB.牙齿钟摆的长度约为1米C.单摆长度增加时，单摆的固有频率增加D.随着钟摆长度的增加，共振曲线的峰值向右移动解析共振条件已知的钟摆的自然频率为f=0.5Hz，自然周期为t=2s，选项A错误。在单摆的周期公式T=2中，可以求出单摆长度L=1M、选项B对。钟摆长度的增加，钟摆周期的增加，固有频率的减少，共振曲线的峰值向左移动，选项C，D无效。答案b1.(对阻尼振动的理解)阻尼振动的钟摆中，哪个物理量在减少()A.机械能b .振幅c .周期d .频率回答AB2.(对强迫振动的理解)如图7所示，把弹簧摆挂在曲轴上，转动摆动，曲轴就能使弹簧摆上下振动图7A.s B. s C.2

8、s D.4 s答案b解释强迫振动的周期与驱动力的周期相同，因此T=s=s=S3.(对共振的理解)一个重量和轻的弹簧构成弹簧钟摆。图8甲所示的装置可用于研究弹簧摆的强迫振动，振动图线如图B所示。手柄以恒定速度旋转，强制振动稳定时，重量的振动图线如图C所示。用T0表示弹簧振子的固有周期，T表示驱动力的周期，Y表示强制振动稳定后振动的振幅。（）图8A.在图表中，可以看到t0=4sB.在图表中，可以看到t0=8sC.如果t靠近4 s，则y将显着增加。如果t比4 s小得多或大得多，则Y小。D.如果t靠近8 s，则y将显着增加。如果t比8 s小得多或大得多，则Y小。解析图乙是弹簧摆不施加驱动力时振动的导线

9、。因此，标题B读取的周期是该振动的固有周期，即T0=4 S。标题C是弹簧振子在驱动力作用下振动的物体，其振动周期等于驱动力的周期，因此T=8 S。驱动力的周期等于固有周期时，周期差越大，振动振幅越小。如上分析所示，有A，C对。答案AC4.(阻尼振动的能量)图9所示的水平弹簧摆进行阻尼振动的振动图像。曲线的A，B两点连接平行于横轴。以下说明是正确的()图9A.a时间点的振荡器动能=b时间点的动能B.在a点，振荡器的势能大小大于b时间的势能C.a时间点的振荡器机械能=b时间点的机械能D.在a时间时振荡器的机械能大小大于b时间的机械能由于分析弹簧摆具有阻尼振动，因此A点的机械能大小大于B点的机械能，

10、C错误，D对。弹簧的弹性势能与弹簧的形状变量(即钟摆的变位)相关，A，B瞬时弹簧的形状变量相同，因此B错了，因为势能牙齿相同。通过以上分析，可以知道钟摆大于A点动能B点动能，A。答案d对问题组阻尼振动的理解1.自由摆动的秋千，荡秋千的振幅越来越小。以下说法正确()A.保留机械能B.能量正在消失C.总能量保存，减少机械能D.只有动能和势能相互转换。答案c分析自由摆动的秋千可以看作是阻尼振动的模型。振动系统的能量转换不仅是系统内部的动能和势能相互转换，振动系统是开放系统，是与外部世界的能量交换。系统由于阻力，振动的能量继续减少，但总能量保持不变。因此，正确答案是c。2.弹簧摆振动时振幅逐渐减小，这

11、是()A.振荡器开始振动时振幅太小B.在振动过程中，要持续克服外部阻力，消耗能量C.动能和势能相互转换D.振荡器的机械能能量逐渐转化为内部能量。答复BD解阻作用下单摆的机械能减小，振幅减小。因此，B，D是正确的。3.一侧在空气中振动，振幅逐渐减小，以下说法正确()A.振动的机械能能量逐渐转化为其他形式的能量B.下一时刻的动能必须小于前一时刻的动能C.下一时刻的势能必须小于前一时刻的势能D.下一时刻的机械能必须小于前一时刻的机械能答复AD在解释钟摆振动的过程中，不断克服空气阻力，将机械能能量逐步转换为内部能量，A，D对。钟摆总机械能逐渐减少，但在振动过程中，动能和势能不断地进行徐璐转换。因此，不

12、能断言下一时刻的动能(或势能)小于上一时刻的动能(或势能)。所以b，c是错的。对第二组问题的强迫振动的理解4.以下振动中属于强制振动的()A.用锤子敲打悬挂的手表后，手表的摇晃B.打点计时器开机后振动针的振动C.孩子睡在自由摆动的吊床上，孩子和吊床一起摇晃D.垂直方向上下振动的弹簧振子答案b解析强迫振动是振动物体在推力下运动的运动，因此只有B对。a，C是阻尼振动，D是简单的谐波运动。(5.2011年三月11日，日本发生里氏9.0级地震，很多住宅崩溃，场面惨不忍睹，牙齿事件，以下说法是正确的。)A.所有建筑物的振动周期相同B.所有建筑物的振幅相同C.建筑物的振动周期由固有周期决定D.所有建筑物都

13、强制震动。答复AD分析地板上的所有建筑物在相同的推力下强制振动。他们的振动周期等于驱动力的周期，与固有周期无关，因此A，D是正确的，C是错误的。不同建筑物有不同的固有周期，所以强制振动时振幅未必相同。b错误。6.以下陈述正确()A.物体自由振动时，振动频率与振幅无关B.当某物受到强迫振动时，其振动频率与固有频率无关C.物体发生共振时的频率等于自由振动的频率D.物体发生共振时的振动是未阻尼的振动答复ABC7.A，B比较两个钟摆，A钟摆的自然频率为F，B钟摆的自然频率为4f，如果在频率为5f的驱动力下强制振动，则比较两个钟摆A，B()A.a钟摆的振幅很大，振动频率为fB.b钟摆的振幅很大，振动频率

14、为5fC.钟摆的振幅很大，振动频率为5fD.b钟摆的振幅很大，振动频率为4f答案b分析A，B两个钟摆都强制振动。振动频率必须等于驱动力的频率，即5f。B钟摆的固有频率更接近驱动力的频率，因此B钟摆的振幅很大，B很准确。理解题组共鸣的三个茄子8.关于共振和共振的以下说法是正确的()A.共振现象总是有害的，所以要避免共振现象B.球队需要慢慢过桥，以免产生周期性的推动力，避免共振C.火车慢慢地走桥是为了使驱动力的频率比桥的固有频率小得多，以免共振D.使用共振时，要使驱动力的频率接近或等于振动物体的固有频率。防止共振的危险时，要使驱动力的频率远离振动物体的固有频率答复光盘9.如图1所示，五个钟摆挂在同

15、一个绷紧的水平绳子上，A是摆动后使另一个钟摆运动的大钟摆。以下结论是正确的()图1A.其他钟摆的振动周期与a钟摆的振动周期相同B.其他钟摆的振幅相同。C.不同钟摆的振幅不同，e钟摆的振幅最大。D.不同钟摆的振动周期不同，d钟摆的周期最大。答案AC解释强迫振动的周期都是驱动力的周期(a钟摆的周期)，a，e两个钟摆是双线钟摆，对应的钟摆形状相同，la=le，a钟摆振动后强制水平绳子振动，水平绳子必须使另一个钟摆振动。因为e钟摆的固有周期与驱动力(a钟摆)的周期相同10.洗衣机正常工作时，外壳的振动比较柔和，但切断电源后，洗衣机外壳在某个瞬间振动很大(如图2甲所示，海浪波很大)。过了一会儿，震动又稳

16、定了(如图2所示，海浪很小)。对此的正确解释是()图2A.随着转速的变化，固有频率越来越大B.随着转速的变化，固有频率越来越小C.随着转速的变化，驱动力频率越来越大D.驱动力频率从接近自然频率到逐渐远离自然频率答案d解析自然频率由振动系统本身的性质决定，与旋转速度等因素无关，A，B无效。据悉，切断电源后洗衣机会强制振动，电机速度减慢，周期延长，频率减少，振动开始剧烈是洗衣机的共振现象，根据共振条件，驱动力频率逐渐远离接近固有频率到固有频率。d对。11.铺设导轨时，每两条导轨接缝必须有一定的间隔，以一定速度移动的列车通过导轨末端接缝时，车轮会受到一次冲击。每个轨道的长度都相同，所以牙齿冲击力是周期性的，列车被周期性的冲击强迫振动。一般轨道长度l为12.6 m，列车固有振动周期t为0.315s.A.列车的危险率为40米/秒B.列车过桥