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1、4 阻尼振動 受迫振動,第一章 機械振動,[學(xué)習(xí)目標],1.知道什么是阻尼振動和無阻尼振動，并能從能量的觀點給予說明. 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,,重點探究 啟迪思維 探究重點,達標檢測 檢測評價 達標過關(guān),自主預(yù)習(xí) 預(yù)習(xí)新知 夯實基礎(chǔ),自主預(yù)習(xí),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：

2、 的頻率，由系統(tǒng)本身的特征決定.,阻力,振動能量,阻尼,阻力,自由振動,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 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

3、 (1)利用：在需要利用共振時，應(yīng)使驅(qū)動力的頻率 (填“接近”“遠離”或“等于”)或 (填“接近”“遠離”或“等于”)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”“遠離”或“等于”)振動系統(tǒng)的固有頻率.,接近,等于,遠離,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],√,,,,答案,,2.A、B兩個彈簧振子，A的固有頻率為f，B的固

4、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,A,f,f,重點探究,一、簡諧運動、阻尼振動和受迫振動,[導(dǎo)學(xué)探究] 如圖2所示的實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 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 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 振幅不變，提供系統(tǒng)外力

5、，補償系統(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 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.,答案,[知識深化] 對簡諧運動、阻尼振動與受迫振動的理解和比較 (1)三種振動的理解 ①簡諧運動是一種理想化的模型，物體運動過程中的一切阻力都不考慮. ②阻尼振動考慮阻力的影響，是更實際的一種運動. ③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,解析 因單擺做阻尼振動，所以振幅越來越小，機械能越來越小，振動頻率不變，故選B、D.,例1 (多選)一單擺做阻

6、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，機械能始終不變 D.在振動過程中，機械能不守恒,√,√,答案,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

7、3,二、共振及其應(yīng)用和防止,[導(dǎo)學(xué)探究] 洗衣機在衣服脫水完畢拔掉電源后，電動機還要轉(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，洗衣機為什么振動比較弱？ 答案 開始時，脫水桶轉(zhuǎn)動的頻率遠高于洗衣機的固有頻率，振幅較小，振動比較弱. (2)期間劇烈振動的原因是什么？ 答案 當(dāng)洗衣機脫水桶轉(zhuǎn)動的頻率等于洗衣機的固有頻率時發(fā)生共振，振動劇烈.,答案,[知識深化] 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，共振曲線的橫坐標為驅(qū)動力的頻率，

8、縱坐標為受迫振動系統(tǒng)的振幅. ①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，從而振幅達到最大.,②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. ③f0的意義：表示固有頻率. ④認識曲線的形狀：f＝f0，共振；f＞f0或f＜f0，振幅較小.f與f0相差越大，振幅越小. (3)共振的利用與防止 ①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

9、物體的固有頻率一致.如共振篩、蕩秋千、共振轉(zhuǎn)速計等.,②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 A振動起來后，使得B、C、D、E做受迫振動，振動的頻率都

10、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)動力的頻率遠離振動物體的固有頻率,√,√,答案,解析,解析 共振現(xiàn)象有利也有弊，A項錯誤； 過橋慢

11、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)動力的頻率相同時，物體產(chǎn)生共振現(xiàn)象，D項正確.,達標檢測,1,2,3,1.(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.后一時刻的機械能一定小于前一時刻的機械能,√,√,答案,解析,解析 單擺振動過程中，會不斷克服空氣阻力做功使機械能逐漸減小，A、D對； 雖然單擺總的機械能在逐漸減少，但在振動過程中動能和勢能仍不斷地相互轉(zhuǎn)化.動能

12、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(或勢能)一定小于前一時刻的動能(或勢能)，故B、C錯.,1,2,3,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)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,1,2,3,圖6,甲,9,9,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)(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f3 C.假如讓振子自由振動，它的頻率為f2 D.振子做自由振動時，頻率可以為f1、f2、f3,√,√,答案,解析,1,2,3,圖7,√,