高中物理第十一章机械振动5外力作用下的振动课堂探究学案新人教版选修

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1、5．外力作用下的振动课堂探究一、阻尼振动与简谐运动的比较现实生活中的振动几乎都是阻尼振动，原因就在于振动中始终受到空气阻力的作用，系统克服阻力做功，机械能不再守恒，像挂钟不上发条，钟摆就会停下来。简谐运动是不受阻力的运动，不会损失机械能，是一种理想模型。下面就两种运动对比一下：物体做阻尼振动时，振幅不断减小，但是振动的频率仍由自身结构特点所决定，并不会随振幅的减小而变化，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。二、如何理解共振曲线？如图所示的共振曲线直观地反映了物体做受迫振动的振幅与驱动力频率的关系

2、：当驱动力的频率f偏离固有频率f固较大时，受迫振动的振幅较小；当驱动力的频率f等于固有频率f固时，受迫振动的振幅最大。共振曲线可以这样理解：物体做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。但是，物体的固有频率在振动过程中也起着很大的作用，如果驱动力的频率与物体的固有频率相差较大，虽说物体仍不得不按驱动力的频率做受迫振动，但是物体本身按固有频率振动的力量仍“顽强”地与驱动力进行着“抵抗”，结果导致物体实际振动的振幅很小；如果两者差距越小，这种作用就越弱。当驱动力的频率恰好等于物体的固有频率时，两种力量不仅没有互相削弱，反

3、而“配合默契”，使物体振动的振幅大大提高，出现共振现象。也可以从能量积累的观点解释共振现象的原因，当物体的固有频率和驱动力频率相同时，使得驱动力若与物体按固有频率的振动同步时，驱动力时时刻刻都对物体做正功，从而使物体能量达到最大的稳定状态，形成共振。受迫振动的频率总等于驱动力的频率，和物体的固有频率无关。当驱动力的频率等于物体的固有频率时，受迫振动的振幅最大，这种现象即叫做共振。类型一对阻尼振动的理解【例1】如图所示是单摆做阻尼振动的振动图线，下列说法中正确的是(　　)。A．摆球在A时刻的动能等于B时刻的动能B．摆球在A时刻的势能

4、等于B时刻的势能C．摆球在A时刻的机械能等于B时刻的机械能D．摆球在A时刻的机械能大于B时刻的机械能解析：该题考查阻尼振动的图象以及能量的转化关系。在单摆振动过程中，因不断克服空气阻力做功使动能逐渐转化为内能，C项错误，D项正确；虽然单摆总的机械能在逐渐减少，但在振动过程中动能和势能仍在不断地相互转化。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。A项错误，B项正确。答案：BD题后反思：机械能E等于动能Ek和势能Ep之和。即E＝Ek＋Ep，阻尼振动中，E减小，但动能和势能相互转化。当Ep相等时，Ek不相等。而从振动

5、图象上，可以确定Ep的关系。类型二对共振曲线的理解【例2】如图为一单摆的共振曲线，图中横轴表示周期性驱动力的频率，纵轴表示单摆的振幅，求此单摆的摆长。解析：根据图象和共振条件，驱动力频率为0.4Hz，即为单摆的固有频率。再由单摆周期公式可求得结果。由图象可以看出，当驱动力的频率为0.4Hz时，单摆的振幅最大，此时单摆发生共振。由产生共振的条件可知，单摆的固有频率为0.4Hz，由T＝2π＝可得l＝＝1.56m。答案：1.56m题后反思：在分析解答有关共振问题时，要抓住产生共振的条件分析：驱动力的频率等于固有频率时产生共振，此时振动的

6、振幅最大。类型三共振的应用【例3】把一个筛子用四根弹簧支起来，筛子上安一个电动偏心轮，它每转一周，给筛子一个驱动力，这样就做成了一个共振筛，如图所示。筛子做自由振动时，完成10次全振动用时15s，在某电压下，电动偏心轮转速是36r/min。已知增大电压可使偏心轮转速提高；增加筛子质量，可以增大筛子的固有周期，那么要使筛子的振幅增大，下列做法中正确的是()。共振筛A．提高输入电压　　　　　　B．降低输入电压C．增加筛子质量D．减小筛子质量解析：在题给条件下，筛子振动的固有周期T固＝s＝1.5s，电动偏心轮的转动周期(对筛子来说是驱动

7、力的周期)T驱＝s＝1.67s。要使筛子振幅增大，就得使这两个周期值靠近，可采用两种做法：第一，提高输入电压使偏心轮转得快一些，减小驱动力的周期；第二，增加筛子的质量使筛子的固有周期增大。正确选项为A、C。答案：AC题后反思：应用共振时应使受迫振动的频率(驱动力的频率)尽量靠近其固有频率，防止共振危害时应使驱动力频率尽量远离其固有频率。