河北省唐山市开滦第二中学高中物理 11.5 外力作用下的振动导学
案 新人教版选修3-4
【学习目标】
1．知道阻尼振动和阻尼振动中能量转化的情况。
2．知道什么是受迫振动及其产生的条件，掌握物体做受迫振动的特点。 3．认识共振现象，掌握产生共振现象的条件。 4.了解共振的防止和应用。 【重点难点】
重点：受迫振动的频率特点、共振的特点及条件 难点：受迫振动的频率特点、共振的特点及条件 【学习内容】 【自主预习】 1.阻尼振动 (1)阻尼振动
实际的振动过程中，系统受到了摩擦力和其他阻力，机械能向内能转化是无法避免的，振动过程中机械能不断减小使振动逐渐减弱直至最终停止。这种振幅逐渐减小的振动叫阻尼振动。阻尼振动的图象如图11－5－1所示。 (2)特点
阻尼振动的振幅尽管在减小，但其振动周期(频率)不变，它是由振动系统决定的。振动系统确定后，其振动的周期(频率)就不变，称为固有周期(频率)。
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。 2.受迫振动 (1)受迫振动
如果系统受到周期性外力的作用就可以利用外力对系统做功，补偿系统因阻尼作用而损失的能量，使系统持续地振动下去，这样的振动称为受迫振动。 ①驱动力：加在振动系统上的 外力，叫做驱动力。
②物体做受迫振动时，振动稳定后的频率等于 的频率，跟物体的 无关。 (2)自由振动
像弹簧振子和单摆那样，物体偏离平衡位置后，它们就在自己的弹力或重力作用下振动起来，这种振动叫做自由振动。 ①自由振动不受外界的驱动力作用。
②自由振动的周期(频率)为系统的 。 3.共振 (1)共振
受迫振动的物体其振动周期(或频率)取决于驱动力的周期，并且当 与物体的 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 ： f驱＝f固 即驱动力的频率与物体的固有频率相等。 、(3)共振曲线
受迫振动的振幅随驱动力频率变化的图线，叫做共振曲线，如图所示。
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【典型例题】
一、阻尼振动
【例1】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．振动过程中，机械能不守恒，周期不变 二、受迫振动
【例2】关于受迫振动，以下说法中正确的是( ) A．是在一恒力作用下的振动
B．振动频率可能大于或小于系统的固有频率 C．振动频率一定等于固有频率 D．振动频率一定等于驱动力的频率 三|、共振
【例3】如图11－5－4所示，两个质量分别为M和m的小球，悬挂在同一根水平细线上，当M在垂直水平细线的平面内摆动时，下列说法正确的是 ( ) A．两摆的振动周期是相同的
B．当两摆的摆长相等时，m摆的振幅最大 C．悬挂M的竖直细线长度变化时，m的振幅不变 D．m摆的振幅可能超过M摆的振幅 四、自由振动、受迫振动和共振的关系
【例4】把一个筛子用四根弹簧支起来，在筛子上安装一个电动偏轮，它每转一周，给筛子一个驱动力，这样就做成了一个共振筛，筛子做自由振动时，完成10次全振动用时15 s，在某电压下，电动偏心轮转速是36 r/min。已知增大电压可使偏心轮转速提高；增加筛子的质量，可以增大筛子的固有周期。那么要使筛子的振幅增大，下列哪些做法是正确的 ( )
A．提高输入电压 B．降低输入电压 C．增加筛子质量 D．减小筛子质量 【课堂小结与反思】
【课后作业与练习】
1．一列队伍过桥时，不能齐步走，这是为了( ) A．减小对桥的压力 B．使桥受力均匀 C．减小对桥的冲力 D．避免使桥发生共振
2．如图5－1所示是单摆做阻尼振动的振动图线，下列说法正确的是( ) A．摆球A时刻的动能等于B时刻的动能 B．摆球A时刻的势能等于B时刻的势能 C．摆球A时刻的机械能等于B时刻的机械能 D．摆球A时刻的机械能大于B时刻的机械能
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3．弹簧振子在振动过程中振幅逐渐减小，这是由于( ) A．振子开始振动时振幅太小
B．在振动过程中要不断克服外界阻力做功，消耗能量 C．动能和势能相互转化
D．振子的机械能逐渐转化为内能
4．如图5－2所示，五个摆悬挂于同一根球质量较大的摆，让它摆动后带动其他摆是( )
A．其他各摆的振动周期与A摆的相同 B．其他各摆的振幅都相等
C．其他各摆的振幅不同，E摆的振幅最大 D．其他各摆的振动周期不同，D摆周期最大
5．如图5－3所示装置中，已知弹簧Hz，电动机皮带轮的直径d1是曲轴皮
绷紧的水平绳上，A是摆运动，下列结论正确的
振子的固有频率f固
＝2
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带轮d2的。为使弹簧振2
子的振幅最大，则电动机的转速应为( ) A．60 r/min B．120 r/min C．30 r/min D．240 r/min
6．如图5－4所示的装置中，在曲轴AB上悬挂一个弹簧振子，若不转动把手C，让其上下振动，周期为T1，若使把手以周期T2(T2＞T1)匀速转动，当运动都稳定后，则( ) A．弹簧振子的振动周期为T1 B．弹簧振子的振动周期为T2 C．要使弹簧振子振幅增大，可让把手转速减小 D．要使弹簧振子振幅增大，可让把手转速增大
7．一单摆在空气中振动，振幅逐渐减小，下列说法正确的是( ) A．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 C．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
8．一洗衣机在正常工作时非常平稳，当切断电源后，发现洗衣机先是振动越来越剧烈，然后振动逐渐减弱，对这一现象，下列说法正确的是 ( ) ①正常工作时，洗衣机波轮的运转频率比洗衣机的固有频率大 ②正常工作时，洗衣机波轮的运转频率比洗衣机的固有频率小 ③正常工作时，洗衣机波轮的运转频率等于洗衣机的固有频率
④当洗衣机振动最剧烈时，波轮的运转频率恰好等于洗衣机的固有频率
A．① B．③ C．①④ D．②④ 9．下列说法正确的是( )
A．某物体做自由振动时，其振动频率与振幅无关 B．某物体做受迫振动时，其振动频率与固有频率无关
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C．某物体发生共振时的频率等于其自由振动的频率 D．某物体发生共振时的振动就是无阻尼振动 10．下列振动中属于受迫振动的是( ) A．用重锤敲击一下悬吊着的钟后，钟的摆动 B．打点计时器接通电源后，振针的振动
C．小孩睡在自由摆动的吊床上，小孩随着吊床一起摆动 D．弹簧振子在竖直方向上沿上下方向振动 11．下列说法正确的是( )
A．实际的自由振动必然是阻尼振动 B．在外力作用下的振动是受迫振动 C．阻尼振动的振幅可以保持不变
D．受迫振动稳定后的频率与自身物理条件有关
12．部队经过桥梁时，规定不许齐步走，登山运动员登高山时，不许高声叫喊，主要原因是( )
A．减轻对桥的压力，避免产生回声 B．减少对桥、雪山的冲量 C．避免使桥、使雪山发生共振
D．使桥受到的压力更不均匀，使登山运动员耗散能量减少
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