《2017-2018學(xué)年高中物理 第一章 機械振動 第4講 阻尼振動 受迫振動學(xué)案 教科版選修3-4.doc》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2017-2018學(xué)年高中物理 第一章 機械振動 第4講 阻尼振動 受迫振動學(xué)案 教科版選修3-4.doc（10頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

第4講　阻尼振動　受迫振動 [目標定位]　1.知道阻尼振動和無阻尼振動并能從能量的觀點給予說明.2.知道受迫振動的概念．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，知道常見共振的應(yīng)用和危害． 一、阻尼振動 1．阻尼振動 系統(tǒng)在振動過程中受到阻力的作用，振動逐漸消逝，振動能量逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌芰?，這種振動叫做阻尼振動． 2．自由振動(無阻尼振動) 系統(tǒng)不受外力作用，也不受任何阻力，只在自身回復(fù)力作用下的振動． 3．固有頻率：自由振動的頻率．固有頻率由系統(tǒng)本身的特征決定． 想一想　阻尼振動中，在振幅逐漸減小的過程中，振子的周期如何變化？ 答案　不變．周期與振幅無關(guān)． 二、受迫振動 1．驅(qū)動力：周期性的外力． 2．受迫振動：系統(tǒng)在驅(qū)動力作用下的振動． 3．振動穩(wěn)定后受迫振動的周期總等于驅(qū)動力的周期，受迫振動穩(wěn)定后的頻率與物體的固有頻率沒有關(guān)系． 三、共振 驅(qū)動力的頻率等于振動物體的固有頻率時，受迫振動的振幅最大，這種現(xiàn)象叫做共振． 想一想　自由振動、受迫振動和共振分別對應(yīng)的周期(或頻率)是什么？ 答案　自由振動對應(yīng)固有周期(或固有頻率)，受迫振動對應(yīng)驅(qū)動力的周期(或頻率)，而共振對應(yīng)的是驅(qū)動力的周期(或頻率)與固有周期(或頻率)相等． 四、共振的應(yīng)用和防止 在需要利用共振時，應(yīng)使驅(qū)動力的頻率接近或等于振動系統(tǒng)的固有頻率；在需要防止共振時，應(yīng)使驅(qū)動力的頻率遠離振動系統(tǒng)的固有頻率. 一、阻尼振動和受迫振動 1．阻尼振動是振動系統(tǒng)在阻力的作用下，振幅逐漸減小的振動． 說明：阻尼振動中振幅雖逐漸減小，但振動的頻率不會變化，此頻率為固有頻率，由振動系統(tǒng)決定． 2．受迫振動是指系統(tǒng)在驅(qū)動力作用下的振動．做受迫振動的物體的振動頻率等于驅(qū)動力的頻率，與物體的固有頻率無關(guān)． 說明：受迫振動中，若周期性的驅(qū)動力給系統(tǒng)補充的能量與系統(tǒng)因振動阻尼消耗的能量相等，物體做等幅振動，但此振動不是簡諧運動． 【例1】　(多選)一單擺在空氣中振動，振幅逐漸減小，下列說法中正確的是(　　) A．振動能量逐漸轉(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 解析　單擺在振動過程中，因不斷克服空氣阻力做功使振動能量逐漸轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，A、D正確；雖然單擺總的機械能在逐漸減小，但在振動過程中動能和勢能仍不斷地相互轉(zhuǎn)化，動能轉(zhuǎn)化為勢能時，動能逐漸減小，勢能逐漸增大，而勢能轉(zhuǎn)化為動能時，勢能逐漸減小，動能逐漸增大，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錯誤． 答案　AD 【例2】　如圖1所示的裝置，彈簧振子的固有頻率是4 Hz.現(xiàn)勻速轉(zhuǎn)動把手，給彈簧振子以周期性的驅(qū)動力，測得彈簧振子振動達到穩(wěn)定時的頻率為1 Hz，則把手轉(zhuǎn)動的頻率為(　　) 圖1 A．1 Hz B．3 Hz C．4 Hz D．5 Hz 解析　受迫振動的頻率等于驅(qū)動力的頻率，把手轉(zhuǎn)動的頻率為1 Hz，選項A正確． 答案　A 二、對共振的理解 1．定義 物體做受迫振動時，當驅(qū)動力的頻率等于系統(tǒng)的固有頻率時，振動的振幅最大，這種現(xiàn)象叫共振． 2．發(fā)生共振的條件 f驅(qū)＝f固，即驅(qū)動力的頻率等于振動系統(tǒng)的固有頻率． 3．共振曲線(如圖2所示) 圖2 4．共振的防止與利用 (1)利用：由共振的條件知，要利用共振，就應(yīng)盡量使驅(qū)動力的頻率與物體的固有頻率一致．如共振篩、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3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(　　) 圖3 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．四個擺的周期相同 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． 答案　BD 【例4】　(多選)如圖4所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(　　) 圖4 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 解析　由題圖可知當驅(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． 答案　ABC 對阻尼振動的理解 1．(多選)若空氣阻力不可忽略，單擺在偏角很小的擺動中，總是減小的物理量為(　　) A．振幅 B．位移 C．周期 D．機械能 解析　有空氣阻力時，振動為阻尼振動，振幅不斷減小，機械能也不斷減?。谄胶馕恢?，位移為零，而后位移增大，直至動能為零時位移達到最大，然后位移又減小到零，所以位移不是一直減?。鶕?jù)單擺周期公式T＝2π，l、g不變，則T不變，故選項A、D正確． 答案　AD 2．如圖5所示是單擺做阻尼運動的位移—時間圖線，下列說法中正確的是(　　) 圖5 A．擺球在P與N時刻的勢能相等 B．擺球在P與N時刻的動能相等 C．擺球在P與N時刻的機械能相等 D．擺球在P時刻的機械能小于N時刻的機械能 解析　由于擺球的勢能大小由其位移和擺球質(zhì)量共同決定，P、N兩時刻位移大小相同，所以關(guān)于平衡位置對稱，所以勢能相等，A正確；由于系統(tǒng)機械能在減少，P、N勢能相同，則P處動能大于N處動能，所以B、C、D錯．故正確答案為A． 答案　A 3．如圖6所示，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，讓振子上下自由振動，測得振動頻率為2 Hz，然后勻速轉(zhuǎn)動搖把，轉(zhuǎn)速為240 r/min，當振子振動穩(wěn)定后，它的振動周期為(　　) 圖6 A． s B． s C．2 s D．4 s 解析　受迫振動的周期等于驅(qū)動力的周期，故T＝ s＝ s. 答案　B 對共振的理解 4．下表記錄了某受迫振動的振幅隨驅(qū)動力頻率變化的關(guān)系，若該振動系統(tǒng)的固有頻率為f固，則(　　) 驅(qū)動力頻率/Hz 30 40 50 60 70 80 受迫振動振幅/ cm 10.2 16.8 27.2 28.1 16.5 8.3 A．f固＝60 Hz B．60 Hzg1，由于月球上的重力加速度比地球上的小，所以圖線 Ⅰ 表示月球上單擺的共振曲線，選項A正確； 若兩次受迫振動是在地球上同一地點進行，則g相同，兩次擺長之比l1∶l2＝∶＝25∶4，所以選項B正確；圖線Ⅱ若是在地球上完成的，將g＝9.8 m/s2和f2＝0.5 Hz代入頻率的計算公式可解得l2≈1 m，所以選項C正確，D錯誤． 答案　ABC 14．在飛機的發(fā)展史中有一個階段，飛機上天后不久，飛機的機翼很快就抖動起來，而且越抖越厲害，后來人們經(jīng)過了艱苦地探索，利用在飛機機翼前緣處裝置一個配重桿的方法解決了這一問題，在飛機機翼前裝置配重桿的主要目的是(　　) A．加大飛機的慣性 B．使機體更加平衡 C．使機翼更加牢固 D．改變機翼的固有頻率 解析　飛機飛上天后，在氣流周期性驅(qū)動力作用下做受迫振動，機翼越抖越厲害說明氣流驅(qū)動力周期與機翼的固有周期非常接近或相等．在機翼前緣處裝置配重桿，目的是通過改變機翼的質(zhì)量來改變其固有頻率，使驅(qū)動力頻率與固有頻率相差較大，從而達到避免共振的目的，故選項D正確． 答案　D