2019-2020年高中物理第十一章机械振动第5节外力作用下的振动教学案新人教版选修3-4

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1、2019-2020年高中物理第十一章机械振动第5节外力作用下的振动教学案新人教版选修3-4一、阻尼振动1．固有振动和固有频率(1)固有振动：不受外力作用的振动。(2)固有频率：固有振动的频率。2．阻尼振动图1151(1)阻尼：当振动系统受到阻力作用时，振动受到了阻尼。(2)阻尼振动：振幅逐渐减小的振动，如图1151所示。二、受迫振动1．自由振动在没有任何阻力的情况下，给振动系统一定能量，使它开始振动，这样的振动叫自由振动。自由振动的周期是系统的固有周期。如果把弹簧振子拉离平衡位置后松手，弹簧振子的振动就是自由振

2、动。2．驱动力如果存在阻尼作用，振动系统最终会停止振动。为了使系统持续振动下去，对振动系统施加的周期性的外力，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。3．受迫振动(1)定义：系统在驱动力作用下的振动，叫做受迫振动。(2)受迫振动的频率(周期)做受迫振动的物体，其振动频率总等于驱动力的频率，与系统的固有频率无关。三、共振1．条件：驱动力的频率等于系统的固有频率。2．特征：在受迫振动中，共振时受迫振动的振幅最大。3．共振曲线：如图1152所示。图11521．自主思考——判一判(1)受迫振动的

3、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。(×)(4)驱动力的频率等于系统的固有频率时，发生共振现象。(√)2．合作探究——议一议(1)前面我们学习过的弹簧振子的运动是属于简谐运动还是阻尼振动呢？提示：实际的弹簧振子在运动中除受到弹力之外，还受到摩擦力等阻力的作用，振幅逐渐减小，即做的是阻尼振动。如果阻力很小，可以忽略，那么振子的运动就是只在回复力作用下的运动，是简谐运动。(2)用扁担挑水时，有时桶里的水会荡得厉害，甚至从桶中

4、溅出来，这是为什么？如何避免这一现象的发生？提示：挑水时，由于行走时肩膀的起伏，人通过扁担对水桶作用，使水受到驱动力而做受迫振动，当驱动力的频率接近(或等于)桶里水的固有频率时，水桶里的水就发生共振，所以水会荡得厉害，以至于飞溅出来。为了避免发生这种现象，就要使驱动力的频率尽量远离桶里水的固有频率，解决的办法有改变行走的步频或停止走动片刻，也可以在桶里放些漂浮物，增大阻力，使振动系统克服阻力做功，消耗部分机械能，以减小水的振幅。简谐运动、阻尼振动与受迫振动的对比1．简谐运动是一种理想化的模型，物体运动过程中的一

5、切阻力都不考虑。2．阻尼振动考虑阻力的影响，是更实际的一种运动。3．受迫振动是物体做阻尼振动时受到周期性驱动力作用下的振动。4．三者对比列表如下：简谐运动阻尼振动受迫振动产生条件不受阻力作用受阻力作用受阻力和驱动力作用频率固有频率频率不变驱动力频率振幅不变减小大小变化不确定振动图像形状不确定实例弹簧振子振动，单摆做小角度摆动敲锣打鼓发出的声音越来越弱扬声器纸盆振动发声、钟摆的摆动1．(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

6、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解析：选AD　单摆振动过程中，因不断克服空气阻力做功使机械能逐渐转化为内能，A、D对；虽然单摆总的机械能在逐渐减小，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，动能逐渐减小，势能逐渐增大，而势能转化为动能时，势能逐渐减小，动能逐渐增大，所以不能断言后一时刻的动能(或势能)一定小于前一时刻的动能(或势能)，故B、C不对。2．(多选)如图1153所示是一个弹簧振子做阻尼振动的振动图像，曲线上A、B两点的连线与

7、横轴平行，下列说法正确的是(　　)图1153A．振子在A时刻的动能等于B时刻的动能B．振子在A时刻的势能等于B时刻的势能C．振子在A时刻的机械能等于B时刻的机械能D．振子在A时刻的机械能大于B时刻的机械能解析：选BD　由于弹簧振子做阻尼振动，所以A时刻的机械能大于B时刻的机械能，选项C错误，D正确；由于振子的势能与振子的位移有关，所以选项B正确；振子在A时刻的动能大于B时刻的动能，选项A错误。3．如图1154所示，在曲轴上悬挂一弹簧振子，转动摇把，曲轴可以带动弹簧振子上下振动。开始时不转动摇把，让振子自由上下振

8、动，测得其频率为2Hz；然后以60r/min的转速匀速转动摇把，当振子振动稳定时，它的振动周期为(　　)图1154A．0.25s　　　　　　　　　B．0.5sC．1sD．2s解析：选C　弹簧振子受摇把的作用而振动，做受迫振动，所以其振动的周期等于驱动力的周期。故正确答案为C。对共振的理解1．对共振条件的理解(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