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《2018-2019版高中物理 第1章 機械振動 1.5 受迫振動與共振學案 滬科版選修3-4》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在教育資源-天天文庫。
1、1.5 受迫振動與共振[學習目標]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動力的頻率，而跟振動物體的固有頻率無關.3.理解共振的概念，知道常見的共振的應用和危害．1．振動系統(tǒng)在振動過程中由于受到介質阻力作用而不斷損失機械能，致使振幅不斷減小，這種振動叫做阻尼振動．2．振動系統(tǒng)在周期性變化的外力作用下，得到了能量補償，使振動持續(xù)下去，這種外力叫做驅動力，系統(tǒng)在周期性變化的驅動力作用下的振動叫做受迫振動．3．振子做自由振動時的頻率叫做振動系統(tǒng)的固有頻率．4．物體做受迫振動時，振動穩(wěn)定后的頻率等于驅動力
2、的頻率，跟物體自身的固有頻率無關．5．當驅動力的頻率跟物體的固有頻率相等時，物體做受迫振動的振幅最大，這種現(xiàn)象叫做共振.一、振動中的能量損失[導學探究]1．在研究彈簧振子和單擺振動時，我們強調忽略阻力的影響，它們做的振動都屬于簡諧運動．如圖1所示，置于空氣中的彈簧振子振動時，它的振幅有沒有變化？它會一直振動下去嗎？圖1答案 振子在空氣中振動時，振幅緩慢減小，最終會停止振動．2．若將振子浸沒在水中，振子的振動情況有什么明顯變化？答案 振子在水中振動時，會發(fā)現(xiàn)振幅明顯減小，振動很快停止．[知識深化]1．對阻尼振動的理解(1)同一簡諧運動能量的大小由振幅的大小確定
3、．(2)阻尼振動中振幅減小的快慢跟所受阻尼的大小有關，阻尼越大，振幅減小得越快．(3)物體做阻尼振動時，振幅雖不斷減小，但振動的頻率仍由自身結構特點所決定，并不會隨振幅的減小而變化．例如，用力敲鑼，由于鑼受到空氣的阻尼作用，振幅越來越小，鑼聲減弱，但音調不變．(4)阻尼振動若在一段不太長的時間內振幅沒有明顯的減小，可以把它當作簡諧運動來處理．2．阻尼振動和無阻尼振動的比較振動類型比較內容阻尼振動無阻尼振動產生條件 受到阻力作用不受阻力作用或受到阻力作用，但外界補充能量振幅如果沒有能量補充，物體的振幅會越來越小 振幅不變振動圖像實例用錘敲鑼，由于鑼的振動，發(fā)出
4、響亮的鑼聲，但鑼聲越來越弱，振幅越來越小，屬阻尼振動彈簧振子的振動，單擺的振動例1 (多選)一單擺做阻尼振動，則在振動過程中( )A．振幅越來越小，周期也越來越小B．振幅越來越小，周期不變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，周期不變答案 BD解析 該題考查阻尼振動的能量和周期．因單擺做阻尼振動，所以振幅越來越小，機械能越來越小，振動周期不變．二、受迫振動[導學探究]如圖2所示，若把彈簧振子掛在曲軸上，然后均勻轉動曲軸，等到振動穩(wěn)定后發(fā)現(xiàn)振幅不會減小，而且彈簧振子的頻率與曲軸轉動頻率相等．當改變曲軸轉動頻率時，振子
5、的頻率也隨之發(fā)生變化．圖2(1)為什么振子的振幅不會減?。?2)振子受迫振動的頻率與振子的固有頻率、驅動力的頻率之間有什么關系？答案 (1)因為驅動力對其做功，周期性的補充能量，故振子的振幅不會減?。?2)振子受迫振動的頻率與驅動力的頻率相等，與振子的固有頻率無關．[知識深化]1．受迫振動加在振動系統(tǒng)上的周期性外力，叫做驅動力．系統(tǒng)在驅動力作用下的振動叫做受迫振動．2．受迫振動的周期和頻率物體做受迫振動時，振動穩(wěn)定后的頻率等于驅動力的頻率，跟物體的固有頻率無關．例2 如圖3所示，在曲軸上懸掛一彈簧振子，轉動搖把，曲軸可以帶動彈簧振子上下振動．開始時不轉動搖把
6、，讓振子自由上下振動，測得其頻率為2Hz，然后以60r/min的轉速勻速轉動搖把，當振子振動穩(wěn)定時，它的振動周期為( )圖3A．0.25sB．0.5sC．1sD．2s答案 C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動力的周期，故正確答案為C.三、共振及其產生的條件[導學探究]如圖4所示，幾個不同的單擺懸掛在同一根較粗的繩子上，其中A、D擺長相等，使A擺擺動起來后，A擺的振動帶動繩子做同樣頻率的晃動，就給了其他幾個擺周期性變化的驅動力，使它們都振動起來．圖4(1)B、C、D、E擺振動的頻率是否相等？等于什么？(2)可觀察到D的振幅
7、最大，由此得出什么結論？答案 (1)B、C、D、E擺振動的頻率都相等，等于A的振動頻率．(2)當驅動力頻率跟物體固有頻率相等時，物體做受迫振動的振幅最大．[知識深化]1．共振的條件驅動力的頻率與物體的固有頻率相等，即f＝f固．2．共振曲線如圖5所示，共振曲線的橫坐標為驅動力的頻率，縱坐標為受迫振動物體的振幅．圖5由共振曲線可知，當驅動力的頻率與物體的固有頻率相等時，受迫振動的振幅最大．3．共振的利用與防止(1)利用：由共振的條件知，要利用共振，就應盡量使驅動力的頻率與物體的固有頻率一致．如：共振篩、蕩秋千、共振轉速計等．(2)防止：由共振曲線可知，在需要防止
8、共振危害時，要盡量使驅動力的頻率與固有頻率不相等，而
