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1、1.5 受迫振动与共振振动中的能量损失学 习 目 标知 识 脉 络1. 知道什么是阻尼振动，并了解阻尼振动中的能量损失.2. 知道什么叫驱动力，什么叫受迫振动，能举出受迫振动的实例.知道受迫振动的频率等于驱动力的频率，跟物体的固有频率无关.(重点)3. 知道什么是共振以及发生共振的条件.(重点、难点)4. 了解共振的应用与防止.1.阻尼振动振动中振幅渐渐减小的振动.振动系统受到的阻力越大，振幅减小的越快. 2.阻尼振动产生的缘由振动系统抑制摩擦力和其他阻力做了功，系统的机械能不断减小，振幅也不断减小.3. 阻尼振动的图像如图 1-5-1 所示，振幅渐渐减小，最终停顿振动.图 1-5-14. 实
2、际振动的抱负化当阻力很小时，在不太长的时间内看不出振幅明显减小，可以把它当做简谐运动来处理.1. 阻尼振动是振幅渐渐减小的振动.()2. 当介质阻力较大时，弹簧振子的周期会增大，频率会减小.()3. 通过补充能量可以使阻尼振动保持振幅不变.()1. 阻尼振动的振幅在减小的过程中，频率是否随着减小？【提示】阻尼振动的振动频率保持不变.2. 假设物体所做的振动是等幅振动，此物体肯定是无阻尼振动吗？【提示】 不肯定.区分阻尼与无阻尼的条件是分析振子受不受阻力，而不是看振幅，假设受阻力作用同时也有外力给系统做功补充能量时，也能保证振动物体做等幅振动.阻尼振动与简谐运动(无阻尼振动)的比较振动类型产生条
3、件振动能量振幅频率阻尼振动 受到阻力作用振动能量有损失假设没有能量补充，振幅越来越小不变无阻尼振动(简谐运动) 不受阻力作用振动能量保持不变振幅不变不变振动图像常见例子悬挂的电灯被风吹动后开头振动，振幅越来越小，属于阻尼振动弹簧振子的振动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.通过某一位置时，机械能减小D.机械能不守恒，周期不变E.机械能守恒，频率不变【解析】单摆做阻尼振动时，振幅会减小，机械能减小，振动周期不变，应选项 B、C、D 对，A、E 错.【答案】2. 一单摆在空气中振动，振幅渐渐减小.以下说法正确的选项是() A.机
4、械能渐渐转化为其他形式的能B.后一时刻的动能肯定小于前一时刻的动能C.后一时刻的势能肯定小于前一时刻的势能D.后一时刻的机械能肯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【解析】 单摆振动过程中，因不断抑制空气阻力做功，使机械能渐渐转化为内能，选项 A 和 D 对；虽然单摆总的机械能在渐渐减小，但在振动过程中动能和势能仍不断地相互转化，动能转化为势能时，动能渐渐减小，势能渐渐增大， 而势能转化为动能时，势能渐渐减小，动能渐渐增大，所以不能断言后一时刻的动能(或势能)肯定小于前一时刻的动能(或势能)，应选项 B、C 不对.选项 E 对.【答案】3. 如图 1-5-2 所示是单
5、摆做阻尼振动的振动图线.图 1-5-2则摆球 A 时刻的动能时刻的动能，摆球 A 时刻的势能时刻的势能.【解析】 该题考察阻尼振动的图像以及能量的转化关系.在单摆振动过程中，因不断抑制空气阻力做功使机械能渐渐转化为内能；虽然单摆总的机械能在渐渐减小，但在振动过程中动能和势能仍不断地相互转化.由于 A、B 两时刻单摆的位移相等，所以势能相等，但动能不相等.【答案】大于 等于阻尼振动的能量和周期1. 阻尼振动的振幅不断减小，能量不断削减，但阻尼振动的频率不变，其频率为固有频率，由系统本身打算.2. 自由振动是一种抱负状况，也叫简谐运动.实际中的振动都会受到阻力的作用，当阻力较小时，可认为是简谐运动
6、.受 迫 振 动 和 共 振3. 阻尼振动中，机械能 E 等于动能和势能之和，即 E，E 减小，但动能和势能相互转化，当相等时，不相等，而从振动图像上可以确定的关系.1.驱动力作用于振动系统的周期性变化的外力. 2.受迫振动振动系统在周期性变化的驱动力作用下的振动. 3.受迫振动的频率做受迫振动的物体振动稳定后，其振动频率等于驱动力的频率，与物体的固有频率无关.4. 固有周期(或固有频率)物体做自由振动的周期(或频率).它是物体本身的属性，与物体是否振动无关.5. 共振(1) 定义驱动力的频率跟物体的固有频率相等时，物体做受迫振动的振幅最大的现象.(2) 共振条件驱动力频率等于物体的固有频率.
7、(3) 共振曲线如图 1-5-3 所示.图 1-5-31. 受迫振动的频率等于振动系统的固有频率.()2. 驱动力频率越大，振幅越大.()3. 生活中应尽量使驱动力的频率接近振动系统的固有频率.()1. 洗衣机启动和停顿时，随着电机转速的变化，有时洗衣时机振动得很厉害， 这是什么缘由？【提示】 当洗衣机电机转动的频率等于洗衣机的固有频率时，发生了共振现象，这时洗衣机振动得很厉害.2. 要防止共振，需要实行什么措施？振动类型自由振动受迫振动共振受力状况仅受回复力周期性驱动力周期性驱动力由系统本身性质打算， 由驱动力的周期或频振动周期即固有周期或固有频或频率率打算，即 TT或 fTT或 ff驱驱固
8、驱固率f驱振动物体的机械能不由产生驱动力的物体振动物体获得的振动能量变供给能量最大机械运转时底座发生共振筛、声音的共常见例子弹簧振子或单摆的振动鸣等【提示】尽量使驱动力的频率与固有频率间的差距增大. 1.自由振动、受迫振动及共振的比较2.共振曲线的理解和应用(1)两坐标轴的意义纵轴：受迫振动的振幅，如图 1-5-4 所示.横轴：驱动力频率.图 1-5-4(2) f0 的意义：表示固有频率.(3) 生疏曲线外形：ff0，共振；ff0 或 ff0，振幅较小；f 与 f0 相差越大， 振幅越小.(4) 结论：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.4. 如图
9、 1-5-5 所示为受迫振动的演示装置，当单摆 A 振动起来后，通过水平悬绳迫使单摆 B、C 振动，则以下说法正确的选项是()图 1-5-5A.只有 A、C 摆振动周期相等摆的振幅比 B 摆的小摆的振幅比 C 摆的小、B、C 三摆的振动周期相等、C 两摆振动时的振幅与其摆长有关，而周期与摆长无关【解析】 当单摆 A 振动起来后，单摆 B、C 做受迫振动，做受迫振动的物体的周期(或频率)等于驱动力的周期(或频率)，选项 A 错误，D 正确；当物体的固有频率等于驱动力的频率时，发生共振现象，选项 B 错误，选项 C、E 正确.【答案】5. 如图 1-5-6 所示为两个单摆受迫振动的共振曲线.两个单
10、摆的固有周期之比为 T T.假设两个受迫振动分别在月球上和地球上进展，且摆长相等，则图线是月球上的单摆的共振曲线.图 1-5-6【解析】 由共振曲线及共振的条件可知，和的固有频率分别为 0.2 和0.5 ，周期之比 T T 52.当摆长相等时，重力加速度越大，频率越大，月球外表重力加速度小于地球外表重力加速度，故图线是月球上的单摆的共振曲线.【答案】526. 如图 1-5-7 所示，在曲轴 A 上悬挂一个弹簧振子，假设转动把手，曲轴可以带动弹簧振子上下振动.问：图 1-5-7(1) 开头时不转动把手，而用手往下拉振子，然后放手让振子上下振动，测得振子在 10 s 内完成 20 次全振动，振子做
11、什么振动？其固有周期和固有频率各是多少？假设考虑摩擦和空气阻力，振子做什么振动？(2) 在振子正常振动过程中，以转速 4 匀速转动把手，振子的振动稳定后， 振子做什么运动？其周期是多少？【解析】 (1)用手往下拉振子使振子获得肯定能量，放手后，振子因所受回复力与位移成正比，方向与位移方向相反(F)，所以做简谐运动，其周期和频率是由它本身的构造性质打算的，称固有周期(T 固)和固有频率(f 固)，依据题意 T 固 s0.5 s，f 固 2 . 由于摩擦和空气阻力的存在，振子抑制摩擦力和阻力做功消耗能量，使其振幅越来越小，故振动为阻尼振动.(2)由于把手转动的转速为 4 ，它给弹簧振子的驱动力频率
12、为 f 驱4 ，周期T 驱0.25 s，故振子做受迫振动.振动达稳定状态后，其频率(或周期)等于驱动力的频率(或周期)，而跟固有频率(或周期)无关.即 ff 驱4 ，TT 驱0.25 s.又由于振子做受迫振动得到驱动力对它做的功，补偿了振子抑制阻力做功所消耗的能量，所以振子的振动属于受迫振动.【答案】(1)简谐运动 0.5 s2阻尼振动 (2)受迫振动0.25 s 1.分析受迫振动的方法(1) 在分析受迫振动时，首先要弄清驱动力的来源.(2) 受迫振动的频率等于驱动力的频率，与物体的固有频率无关，因而首先应确定驱动力的频率.(3) 当驱动力的频率等于固有频率时，发生共振. 2.转变受迫振动的振幅的方法当 f 驱f 固时，振幅最大.假设转变受迫振动的振幅，可实行两种方法：(1)转变赐予振动系统周期性外力的周期，即转变驱动力频率. (2)了解影响固有频率的因素，转变固有频率.