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1、第5节外力作用下的振动1知道什么是固有振动、固有频率和阻尼振动，并对固有振动和阻尼振动能从能量转化的角度予以说明。2知道什么是受迫振动，知道物体做受迫振动的频率特点。3知道什么是共振现象，掌握产生共振的条件，知道常见的共振的应用和危害。一、固有振动、阻尼振动1固有振动振动系统 的振动叫做固有振动，固有振动的频率叫做 。小球和弹簧组成了一个系统弹簧振子。弹簧对于小球的作用力回复力，是系统的 ；而来源于系统以外的作用力，例如摩擦力或手指对小球的推力，则是 。2阻尼振动当振动系统受到阻力的作用时，我们说振动受到了 。系统克服 的作用要做功，消耗机械能，因而 减小，最后停下来。这种振幅逐渐 的振动，叫
2、做阻尼振动。二、受迫振动与共振1受迫振动(1)驱动力：为了使系统持续振动，作用于振动系统的 的外力。(2)受迫振动：振动系统在 作用下的振动。(3)受迫振动的频率：做受迫振动的系统振动稳定后，其振动频率等于 的频率，跟系统的 没有关系。2共振(1)定义：驱动力的频率f等于系统的固有频率f0时，受迫振动的 的现象。(2)共振曲线：如图所示。表示受迫振动的 与 的关系图象，图中f0为振动系统的固有频率。(3)共振的应用与防止应用：在应用共振时，应使驱动力频率接近或等于振动系统的 ，如转速计、共振筛。防止：在防止共振时，驱动力频率与系统的 相差越大越好，如部队过桥时用便步。判一判(1)阻尼振动的频率
3、随振幅的减小而不断减小。()(2)系统做受迫振动时的振动频率与其固有频率无关。()(3)做受迫振动的系统的机械能守恒。()(4)驱动力的频率越大，系统的振幅越大。()(5)驱动力的频率等于系统的固有频率时发生共振。()(6)共振只有害处，没有好处。()想一想(1)实际的弹簧振子的运动是阻尼振动吗？ (2)做受迫振动的物体一定会发生共振吗？ 课堂任务阻尼振动 对阻尼振动的认识(1)振动系统最常见的外力是摩擦力或其他阻力。当系统受到阻力作用时，我们说系统振动受到了阻尼。系统克服阻尼的作用要消耗机械能，因而振幅减小，最后停下来，阻尼振动的图象如图所示。(2)阻尼振动的振幅不断减小，系统的机械能不断减
4、少，但阻尼振动的频率不变，其频率为系统振动的固有频率，由系统本身决定。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。(3)系统做阻尼振动时，振幅减小得快慢跟所受阻尼的大小有关。振动系统受到的阻尼越大，振幅减小得越快。阻尼过大时，系统不能发生振动。阻尼越小，振幅减小得越慢，当阻尼很小时，在不太长的时间内看不出振幅有明显的减小，于是可以把它当做简谐运动来处理。 例1如图所示是一个弹簧振子做阻尼振动的振动图象，曲线上A、B两点的连线与横轴平行，下列说法正确的是()A振子在A时刻的动能等于在B时刻的动能B振子在A时刻的势能等于在B时刻的势能C振子在A时刻的机械能等于在B
5、时刻的机械能D振子从A到B过程周期逐渐减小系统做阻尼振动时什么变化？什么不变？ 阻尼振动的能量和周期(1)阻尼振动的振幅不断减小，振动的能量不断减小，但阻尼振动的频率不变，其频率为固有频率，由系统本身决定。(2)自由振动是一种理想情况，也叫简谐运动。实际的振动都会受到阻尼的作用，当阻尼较小时，可认为是简谐运动。(多选)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E后一时刻的动能可能大于前一时刻的动能课堂任务受迫振动1驱动力如果存在阻尼作用
6、，振动系统最终会停止振动。为了使系统持续振动下去，对振动系统施加周期性的外力，外力对系统做功，补偿系统的能量损耗，这种周期性的外力叫做驱动力。2受迫振动(1)定义：振动系统在驱动力作用下的振动叫做受迫振动。机器运转时底座发生的振动、扬声器纸盆的振动，都是受迫振动。(2)特点物体做受迫振动达到稳定后，其振动的频率由驱动力的频率决定，即其振动的频率总等于驱动力的频率，驱动力频率改变，物体做受迫振动的频率就改变，与系统的固有频率无关。例2如图所示的装置，弹簧振子的固有频率是4 Hz。现匀速转动把手，给弹簧振子以周期性的驱动力，测得弹簧振子振动达到稳定时的频率为1 Hz，则把手转动的频率为()A1 H
7、z B3 HzC4 Hz D5 Hz物体做受迫振动时，振动频率由什么来决定？ 简谐运动、阻尼振动、受迫振动对比总结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课堂任务共振及其应用与防止1对共振的理解(1)从受力角度看：当振动物体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，驱动力的频率跟物体的固有频率越接近，使物体振幅增大的力的作用次数就越多，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
8、最大。(2)从功能关系看：当驱动力的频率越接近物体的固有频率时，驱动力与物体运动方向一致的次数越多，驱动力对物体做正功就越多，振幅就越大。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)驱动力的频率f越接近振动系统的固有频率f0，受迫振动的振幅越大，反之振幅越小。当驱动力的频率f等于振动系统的固有频率f0时，受迫振动的振幅最大，发生共振。(4)说明：共振是物体做受迫振动时的一种特殊情况。2共振的应用与防止(1)应用：在应用共振时，使驱动力频率接近或等于振动系统的固有频率。如：共振筛、荡
9、秋千、共振转速计等。(2)防止：在防止共振时，使驱动力的频率与系统的固有频率相差越大越好。如：部队过桥应便步走，火车过桥要减速等。例3如图所示是一个单摆的共振曲线。(1)若单摆所处环境的重力加速度g9.8 m/s2，试求此摆的摆长；(2)若将此摆移到高山上，共振曲线的峰将怎样移动？(1)共振曲线中，振幅最大的位置对应的频率的意义是什么？ (2)将单摆移至高山上，其固有频率如何变化？ (1)在分析解答有关共振问题时，要抓住产生共振的条件：驱动力的频率等于振动系统的固有频率时产生共振，此时振动的振幅最大。(2)在解决有关共振的实际问题时，要抽象出受迫振动这一物理模型，弄清驱动力频率和固有频率，然后
10、利用共振的条件进行求解。如图所示，把两个弹簧振子悬挂在同一支架上，已知甲弹簧振子的固有频率为9 Hz，乙弹簧振子的固有频率为72 Hz，当支架在受到竖直方向且频率为9 Hz的驱动力作用做受迫振动时，则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18 HzB甲的振幅较大，且振动频率为9 HzC乙的振幅较大，且振动频率为9 HzD乙的振幅较大，且振动频率为72 Hz在飞机的发展史中有一个阶段，飞机上天后不久，飞机的机翼很快就抖动起来，而且越抖越厉害。后来人们经过了艰苦的探索，利用在飞机机翼前缘处装置一个配重杆的方法解决了这一问题。在飞机机翼前缘处装置配重杆的目的主要是()A加大飞机的惯
11、性 B使机体更加平衡C使机翼更加牢固 D改变机翼的固有频率A组：合格性水平训练1(阻尼振动)(多选)关于阻尼振动，以下说法中正确的是()A机械能不断减小 B动能不断减小C振幅不断减小 D一定不是简谐运动2(阻尼振动和受迫振动)(多选)下列说法中正确的是()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阻尼振动的振幅越来越小D受迫振动稳定后的频率与自身物理条件无关3(共振)有一固有频率为400 Hz的弹簧振子，分别在周期性驱动力F1、F2作用下做受迫振动，其中驱动力F1的频率为100 Hz，驱动力F2的频率为300 Hz，则振动稳定后()AF1作用时，振子的振幅较大，振动频率是1
12、00 HzBF2作用时，振子的振幅较大，振动频率是300 HzCF1作用时，振子的振幅较大，振动频率是400 HzDF2作用时，振子的振幅较大，振动频率是400 Hz4. (受迫振动和共振)如图所示的演示装置，一根张紧的水平绳上挂着五个单摆，其中A、E摆长相同，先使A摆动，其余各摆也随着摆动起来，可以发现振动稳定后()A各摆的固有周期均相同B各摆振动的周期均与A摆相同CC摆振幅最大DB摆振动周期最小5. (共振曲线)(多选)如图表示一弹簧振子做受迫振动时的振幅与驱动力频率的关系，由图可知()A驱动力频率为f2时，振子处于共振状态B驱动力频率为f3时，振子的振动频率为f3C假如让振子自由振动，它
13、的频率为f2D振子做自由振动时，频率可以为f1、f2、f36(共振及其应用与防止)脱水机把衣服脱水完后切断电源，电动机还要转一会儿才能停下来，在这一过程中，发现脱水机在某一时刻振动得很剧烈，然后又慢慢振动直至停止运转，其中振动很剧烈的原因是()A脱水机没有放平稳B电动机在这一时刻转快了C电动机在这一时刻的转动频率跟脱水机的固有频率相近或相等D是脱水机出现了故障B组：等级性水平训练7(阻尼振动)(多选)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8(对共振的理解)(多选)一砝码和
14、一轻弹簧构成弹簧振子，图甲所示的装置可用于研究该弹簧振子的受迫振动。匀速转动把手时，曲杆给弹簧振子以驱动力，使振子做受迫振动。把手匀速转动的周期就是驱动力的周期，改变把手匀速转动的速度就可以改变驱动力的周期。若保持把手不动，给砝码一向下的初速度，砝码便做简谐运动，振动图线如图乙所示。当把手以某一速度匀速转动，受迫振动达到稳定时，砝码的振动图线如图丙所示。若用T0表示弹簧振子的固有周期，T表示驱动力的周期，Y表示受迫振动达到稳定后砝码振动的振幅，则()A由图线可知T04 sB由图线可知T08 sC当T在4 s附近时，Y显著增大；当T比4 s小得多或大得多时，Y很小D当T在8 s附近时，Y显著增大
15、；当T比8 s小得多或大得多时，Y很小9. (共振)如图所示装置中，已知弹簧振子的固有频率f固2 Hz，电动机皮带轮的直径d1是曲轴皮带轮的直径d2的。为使弹簧振子的振幅最大，则电动机的转速应为()A60 r/min B120 r/minC30 r/min D240 r/min10(共振及其应用与防止)(多选)铺设铁轨时，每两根钢轨接缝处都必须留有一定的间隙，匀速运行的列车经过轨端接缝处时，车轮就会受到一次冲击。由于每一根钢轨长度相等，所以这个冲击力是周期性的，列车受到周期性的冲击做受迫振动。普通钢轨长为12.6 m，列车固有振动周期为0.315 s。下列说法正确的是()A列车的危险速率为40
16、 m/sB列车过桥需要减速，是为了防止列车发生共振现象C列车运行的振动频率和列车的固有频率总是相等的D增加钢轨的长度有利于列车高速运行11(受迫振动和共振曲线)某简谐振子，自由振动时的振动图象如图甲中的曲线所示，而在某驱动力作用下做受迫振动时，稳定后的振动图象如图甲中的曲线所示，那么，此受迫振动对应的状态可能是图乙中的()Aa点 Bb点Cc点 D以上均错误12(共振)(多选)如图所示为单摆在两次受迫振动中的共振曲线，下列说法正确的是()A若两次受迫振动分别在月球上和地球上进行，且摆长相等，则图线表示月球上单摆的共振曲线B若两次受迫振动是在地球上同一地点进行的，则两次摆长之比l1l2254C图线若是在地球上完成的，则该摆摆长约为1 mD若摆长约为1 m，则图线是在地球上完成的