1、第十一章,5 外力作用下的振动,内容索引,知识探究,题型探究,达标检测,知识探究,一、阻尼振动,在研究弹簧振子和单摆振动时，我们强调忽略阻力的影响，它们做的振动都属于简谐运动.而实际上，在实验室中让一个弹簧振子振动起来，观察它的振幅是怎样变化的？你知道是什么原因造成的吗？,答案 振幅逐渐减小，阻力阻碍了振子的运动，使机械能转化为内能.,答案,固有振动与阻尼振动 1.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 .,外力,固有频率,2.阻尼振动 (1)系统受到摩擦力或其他阻力的作用时，我们说振动受到了阻尼.系统克服阻尼的作用要做功，消耗 ，因而振幅 ，最后停下来，阻
2、尼振动的图象如图1所示. (2)能量变化：振动系统受到摩擦阻力或其他阻力作用， 机械能随时间 ，同时振幅也在逐渐 .阻尼越小， 能量减少越慢，振幅减小越 ；阻尼过大时，系统将不 能发生振动. (3)物体做阻尼振动时，振幅虽不断减小，但振动的 仍由自身结构特点所决定，并不会随振幅的减小而变化.,图1,机械能,减小,减少,减小,频率,慢,判断下列说法的正误. (1)阻尼振动是减幅振动.( ) (2)实际的振动系统不可避免地要受到阻尼作用.( ) (3)阻尼振动的振幅逐渐减小，所以周期也逐渐减小.( ) (4)阻尼过大时，系统将不能发生振动.( ),二、受迫振动,如图2所示的实验装置为一挂在曲轴上的
3、弹簧振子，匀速摇动手柄，下面的弹簧振子就会振动起来.实际动手做一下，然后回答以下几个问题. (1)如果手柄不动而用手拉动一下振子，从振幅角度看弹簧振子的振动属于什么振动？,答案,图2,答案 阻尼振动,(2)从没有系统外力作用角度看弹簧振子的振动属于什么振动？,答案 固有振动,(3)手柄匀速摇动的时，观察到振幅有什么变化？为什么？,答案 振幅不变，提供系统外力，补偿系统损失的能量,答案,(4)用不同的转速匀速转动把手，弹簧振子的振动有何不同？这能说明什么问题？,答案 转速大时弹簧振子振动的快，说明振动的周期和频率由手柄转速决定.,对受迫振动的理解 1.驱动力与受迫振动 加在振动系统上的 的外力，
4、叫做驱动力.系统在驱动力作用下的振动叫做受迫振动. 2.受迫振动的周期和频率 做受迫振动的物体振动稳定后，其振动频率等于 的频率，跟系统的固有频率 (填“有关”或“无关”),周期性,驱动力,无关,判断下列说法的正误. (1)用重锤敲击一下悬吊着的钟后，钟的摆动是受迫振动.( ) (2)打点计时器接通电源后，振针的振动是受迫振动.( ) (3)物体在周期性外力作用下振动，它的振动频率总等于物体的固有频率. ( ) (4)受迫振动频率可能大于或小于系统的固有频率.( ) (5)物体振动时受到外力作用，它的振动就是受迫振动.( ),三、共振,如图3所示，在一根张紧的绳子上挂几个单摆，其中A、B的摆长
5、相等，当A摆振动的时候，通过张紧的绳子给其他各摆施加驱动力，使其余各摆做受迫振动. (1)该实验中驱动力的频率等于什么？,答案 驱动力的频率等于A摆的频率.,答案,图3,(2)B、C、D摆振动的频率是否相等？,答案 频率相等，都等于A摆的频率.,答案,(3)三者的振幅哪个较大？,答案 B摆的振幅较大.,对共振的理解 1.驱动力频率f 系统的固有频率f0时，受迫振动的振幅最大，这种现象叫做 . 2.共振的条件：驱动力的频率与系统的 相等，即f驱 .,等于,共振,固有频率,f固,3.共振曲线： 如图4所示，共振曲线的横坐标为驱动力的频率，纵坐标为受迫振动系统的振幅. (1)从受力角度看：当振动物体
6、所受驱动力的方 向跟它的运动方向相同时，驱动力对它起加速 作用，使它的振幅增大，当驱动力的频率等于 物体的固有频率时，它的每一次作用都使物体 的振幅增加，从而振幅达到最大.,图4,(2)从功能关系看：当驱动力的频率等于物体的固有频率时，驱动力始终对物体做正功，使振动能量不断增加，振幅不断增大，直到增加的能量等于克服阻尼作用损耗的能量，振幅才不再增加. (3)f0的意义：表示固有频率. (4)认识曲线的形状：ff0，共振；ff0或ff0，振幅较小.f与f0相差越大，振幅越小.,1.应用共振应尽量使驱动力的频率接近固有频率. 2.防止共振要尽量使驱动力的频率与固有频率间的差距增大.,判断下列说法的
7、正误. (1)当驱动力的频率f大于振动系统的固有频率f0时，该振动系统的振幅随f的减小而增大.( ) (2)共振现象总是有害的，所以要避免共振现象发生.( ) (3)某物体发生共振时的频率等于其自由振动的频率.( ),题型探究,1.同一简谐运动能量的大小由振幅大小确定，阻尼振动振幅减小的快慢跟所受阻尼的大小有关，阻尼越大，振幅减小得越快. 2.物体做阻尼振动时，不要认为振动的频率会减小，振动的频率仍由自身结构特点所决定，并不会随振幅的减小而变化.例如用力敲锣，由于锣受到空气的阻尼作用，振幅越来越小，锣声减弱，但音调不变.,一、阻尼振动,例1 (多选)一单摆做阻尼振动，则在振动过程中 A.振幅越
8、来越小，频率也越来越小 B.振幅越来越小，频率不变 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,答案,解析,解析 因单摆做阻尼振动，所以振幅越来越小，机械能越来越小，振动频率不变.,二、受迫振动,对简谐运动、阻尼振动与受迫振动的理解和比较 1.三种振动的理解 (1)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. (2)阻尼振动考虑阻力的影响，是更实际的一种运动. (3)受迫振动是物体做阻尼振动时受到周期性驱动力作用下的振动.,2.三种振动的比较,例2 (2016乐清芙蓉中学高二下学期月考)如图5所示，两个弹簧振子悬挂在同一个支架上，已知甲弹
9、簧振子的固有频率为8 Hz，乙弹簧振子的固有频率为72 Hz，当支架在竖直方向且频率为9 Hz的驱动力作用下做受迫振动时，两个弹簧振子的振动情况是 A.甲的振幅较大，且振动频率为8 Hz B.甲的振幅较大，且振动频率为9 Hz C.乙的振幅较大，且振动频率为9 Hz D.乙的振幅较大，且振动频率为72 Hz,答案,解析,图5,解析 支架在竖直方向且频率为9 Hz的驱动力作用下做受迫振动时，甲、乙两个弹簧振子都做受迫振动，它们振动的频率都等于驱动力的频率9 Hz，由于甲的频率接近于驱动力的频率，所以甲的振幅较大，故B正确，A、C、D错误.,针对训练 如图6所示，曲轴上悬挂一弹簧振子，转动摇把，曲
10、轴可以带动弹簧振子上下振动.开始时不转动摇把，让振子上下自由振动，测得振动频率为2 Hz，然后匀速转动摇把，转速为240 r/min，当振子振动稳定后，它的振动周期为_ s.,答案,解析,图6,0.25,解析 受迫振动的周期等于驱动力的周期， 故T s0.25 s.,三、共振,例3 (多选)关于共振的防止和利用，应做到 A.利用共振时，应使驱动力的频率接近或等于振动物体的固有频率 B.利用共振时，应使驱动力的频率大于或小于振动物体的固有频率 C.防止共振危害时，应尽量使驱动力频率接近或等于振动物体的固有频率 D.防止共振危害时，应尽量使驱动力频率远离振动物体的固有频率,答案,解析,解析 受迫振
11、动的频率等于驱动力的频率，所以利用共振时，应使驱动力的频率接近或等于振动物体的固有频率.故A正确，B错误； 防止共振危害时，应尽量使驱动力频率远离振动物体的固有频率.故C错误，D正确.,例4 (多选)(2016舟山高二检测)一个单摆做受迫振动，其共振曲线(振幅A与驱动力的频率f的关系)如图7所示，则 A.此单摆的固有周期为2 s B.此单摆的摆长约为1 m C.若摆长增大，单摆的固有频率增大 D.若摆长增大，共振曲线的峰将向右移动,图7,答案,解析,解析 由共振条件知单摆固有频率为f0.5 Hz，则其固有周期为T 2 s，选项A正确； 由单摆周期公式T2 ，可求得单摆摆长为l 1 m，选项B对
12、； 摆长增大，单摆的周期变大，其固有频率变小，共振曲线的峰将向左移动，选项C、D错.,达标检测,1.(多选)做阻尼振动的振子哪些物理量在减小 A.机械能 B.振幅 C.周期 D.频率,1,2,3,4,答案,2.(多选)(2016湖州高二检测)如图8所示是单摆做阻尼振动的振动图线，下列说法正确的是 A.振动过程中周期变小 B.振动过程中周期不变 C.摆球A时刻的势能等于B时刻的势能 D.摆球A时刻的动能等于B时刻的动能,答案,解析,1,2,3,4,图8,解析 阻尼振动中，单摆的振幅逐渐减小，由于周期与振幅无关，故振动过程中周期不变，A错误，B正确； 因A、B两时刻的位移相同，故摆球A时刻的势能等
13、于B时刻的势能，C正确； 由于振动的能量逐渐减小，故摆球A时刻的动能大于B时刻的动能，D错误.,1,2,3,4,3.(多选)如图9所示，三个单摆的摆长分别为l11.5 m，l21 m，l30.5 m，现用一周期等于2 s的驱动力，使它们做受迫振动，那么当它们的振动稳定时，下列判断中正确的是 A.三个摆的周期和振幅相等 B.三个摆的周期不等，振幅相等 C.三个摆的周期相等，但振幅不等 D.摆长为l2的单摆振幅最大,答案,1,2,3,4,图9,4.(多选)(2016嘉兴一中高二第二学期期中)如图10表示一个弹簧振子做受迫振动时的振幅与驱动力频率之间的关系，以下说法正确的是 A.振子振动的固有频率为f2 B.驱动力的频率为f3时，振子振动的频率为f2 C.驱动力的频率从f1逐渐增加到f3时，振子振幅不变 D.驱动力的频率从f1逐渐增加到f3时，振子振幅先增大后减小,1,2,3,4,答案,图10,
