高中物理第十一章机械振动5外力作用下的振动互动课堂学案新人教版选修

第5节外力作用下的振动学习目标；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。

课前预习：一、固有振动、阻尼振动1．固有振动振动系统□01在不受外力作用下的振动叫做固有振动，固有振动的频率叫做□02固有频率。

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□03内力；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□04外力。

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□05阻尼。

系统克服□06阻尼的作用要做功，消耗机械能，因而□07振幅减小，最后停下来。

这种振幅逐渐□08减小的振动，叫做阻尼振动。

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□01周期性的外力。

(2)受迫振动：振动系统在□02驱动力作用下的振动。

(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□03驱动力的频率，跟系统的□04固有频率没有关系。

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□05振幅最大的现象。

(2)共振曲线：如图所示。

表示受迫振动的□06振幅A与□07驱动力频率f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①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□08固有频率，如转速计、共振筛。

②防止：在防止共振时，驱动力频率与系统的□09固有频率相差越大越好，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。

第五节外力作用下的振动物理中心修养主要由“物理观点”“科学思想”“科学研究”“科学态度与责任”四个方面组成。

教课目的：（一）物理观点1、知道什么是阻尼振动；知道在什么状况下能够把实质发生的振动看作简谐运动。

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。

3、知道受迫振动的频次等于驱动力的频次，跟物体的固有频次没关。

4、知道什么是共振以及发生共振的条件。

（二）科学思想、科学研究1、经过演示实验，认识阻尼振动的特色，明确受迫振动的频次决定于驱动力的频次。

2、经过剖析实质例子，获得什么是受迫振动和共振现象，培育学生理论联系实质的能力。

（三）科学态度与责任1、振动有多种不一样种类说明各样运动形式都是广泛性下的特别性的详细表现。

2、经过共振产生条件的教课，认识内因和外因的关系。

教课要点：受迫振动的观点以及共振及产生共振的条件。

教课难点：共振及产生共振的条件。

教课方法 :察看、对照、议论、阅读、实验演示、多媒体展现。

教课器具：单摆、受迫振动演示仪、共振演示仪、两个同样的带有共识箱的音叉、橡皮槌、CAI 课件【课时安排】1 课时（固有频次的观点在研究弹簧振子或单摆时已经给出，因此本节课直接从阻尼振动开始）教课过程 :（一）引入新课复习发问让学生注意察看教师的演示实验。

教师把弹簧振子的振子向右挪动至 B 点，而后开释，则振子在弹性力作用下，在均衡地点邻近连续地沿直线振动起来。

重复两次让学生在黑板上画出振动图象的表示图（图 1 中的Ⅰ）。

再次演示上边的振动，不过让开端地点显然地凑近均衡地点，再让学生在原坐标上画出第二次振子振动的图象（图 1 中的Ⅱ）。

Ⅰ和Ⅱ应同频、同相、振幅不一样。

联合图象和振子运动与学生一同剖析能量的变化并引入新课。

（二）新课教课1、阻尼振动前方我们研究了简谐运动中能量的转变，对简谐运动而言，当供应振动系统必定的能量使它开始振动后，因为机械能守恒，它就以必定的振幅永不暂停地振动下去，简谐运动是一种理想化的振动。

高三物理选修3-4第十一章机械振动第5节外力作用下的振动导学案【教学目标】1．通过实验，认识受迫振动的特点2．知道共振发生的条件以及应用共振和防止共振的事例和方法【教学重点】受迫振动频率和振幅的特点，共振的条件和应用【教学难点】共振的应用【自主学习】一、阻尼振动1．做简谐运动的物体受到的回复力，是振动系统内部的相互作用力。

如果振动系统不受外力的作用，此时的振动叫做固有振动，其振动频率称为。

2．振动系统最常见的外力是摩擦力或其他阻力。

当系统受到阻力的作用时，我们说振动受到了阻尼。

系统克服阻尼的作用要做功，消耗机械能，因而振幅减小，最后停下来。

这种振幅逐渐减小的振动，叫做。

如图所示是阻尼振动的图象。

3．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，于是可以把它当做来处理。

二、受迫振动1．为了让阻尼振动不停下来，最简单的办法是使周期性的外力作用于振动系统，外力对系统做功，补偿系统的能量损耗，使系统的振动维持下去。

2．这种周期性的外力叫做驱动力，系统在驱动力作用下的振动叫做。

3．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。

4．演示实验：（1）如图所示，架子上面的电动机向弹簧—小球系统施加周期性的驱动力，使小球做受迫振动。

改变电动机的转速可以调整驱动力的频率。

（2）接通电源，使小球做受迫振动，记录驱动力的周期和小球振动的周期。

改变驱动力的周期（频率），再做记录。

小球做受迫振动的周期（频率）与驱动力的周期（频率）有什么关系？5．受迫振动的周期总等于驱动力的周期，受迫振动的频率总等于驱动力的频率，与系统的固有周期和固有频率无关。

6．自由振动像弹簧振子和单摆那样，物体偏离平衡位置后，它们就在自己的弹力或重力作用下振动起来，这种振动叫做自由振动。

自由振动不受外界的驱动力作用。

自由振动的周期(频率)为系统的。

第十一章第五节外力作用下的振动教案一、教材分析本节是人教版物理选修3-4 十一章第五节，由生活中常见的阻尼振动分析入手进而引入受迫振动的概念，然后通过演示实验说明受迫振动的周期与驱动力周期的关系，最后演示实验证明当f驱＝ｆ固时，物体做受迫振动的振幅最大，最后引入了共振的概念二、教学目标知识与技能（1）能从能量的观点分析阻尼振动产生的原因（2）掌握受迫振动的概念。

探究受迫振动的频率与驱动力的频率的关系（3）理解共振的概念及产生条件，知道常见的共振的应用和危害过程与方法：通过实验探究受迫振动频率与驱动力频率及共振条件情感态度与价值观体会物理与生活的紧密联系，培养热爱生活的情趣三、教学重点难点重点：1.什么是受迫振动.2.什么是共振及产生共振的条件难点：1.物体发生共振决定于驱动力的频率与物体固有频率的关系，与驱动力大小无关.2.当f驱＝ｆ固时，物体做受迫振动的振幅最大四、学情分析.1、教学中应该充分发挥实验的作用，使学生理解物体在做受迫振动时其频率跟驱动力频率的关系，以及受迫振动的频率与物体固有频率接近时，振动的特点.2．在做共振实验时，也可以用如下的实验代替课本中图9-33的实验。

即在同一块薄木板上固定许多长度不同，但质地、粗细相同的小木棒，振动其中的一个，观察其他小木棒哪一个振动得最剧烈。

3．注意引导学生多思考一下共振在实际中的应用(如乐器的共鸣箱等)以及避免共振的做法，培养学生理论联系实际的能力和习惯。

五、教学方法实验、讨论六、课前准备弹簧振子、受迫振动演示仪、摆的共振演示器七、课时安排1课时八、教学过程（一）预习检查、总结疑惑（二）情景引入、展示目标现场演示弹簧振子的运动，提出问题：弹簧振子为什么会停下来而不一直运动下去？那么如何才能让它永不停息的运动呢？（三）合作探究、精讲点播学生带着上述问题阅读课本17-18页内容。

（给予学生2-3分钟时间）现在以弹簧振子为例讨论一下简谐运动的能量问题。

11.5 外力作用下的振动固有振动、阻尼振动[先填空]1．固有振动如果振动系统不受外力的作用，此时的振动叫做固有振动，其振动频率称为固有频率．2．阻尼振动(1)阻力作用下的振动当振动系统受到阻力的作用时，振动受到了阻尼，系统克服阻尼的作用要做功，消耗机械能，因而振幅减小，最后停下来．(2)阻尼振动振幅逐渐减小的振动．振动系统受到的阻尼越大，振幅减小得越快，阻尼振动的图象如图11­5­1所示，振幅越来越小，最后停止振动．图11­5­1[再判断]1．固有频率由系统本身决定．(√)2．阻尼振动的频率不断减小．(×)3．阻尼振动的振幅不断减小．(√)[后思考]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．若物体所做的振动是等幅振动，此物体一定是无阻尼振动吗？【提示】不一定．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，若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．[核心点击]阻尼振动与简谐运动(无阻尼振动)的比较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，故选项B 、C 、D 对， A 、E 错．【答案】 BCD2．一单摆在空气中振动，振幅逐渐减小．下列说法正确的是( ) 【导学号：23570028】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【答案】 ADE3．如图11­5­2所示是单摆做阻尼振动的振动图线．图11­5­2则摆球A 时刻的动能________B 时刻的动能，摆球A 时刻的势能________B 时刻的势能．【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，能量不断减少，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.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.3E等于动能Ek和势能Ep之和，即E＝Ek＋Ep，E减小，但动能和势能相互转化，当Ep相等，Ek不相等，而从振动图象上可能确定Ep的关系.受迫振动、共振[先填空]1．受迫振动(1)驱动力：作用于振动系统的周期性的外力．(2)受迫振动：振动系统在驱动力作用下的振动．(3)受迫振动的频率：做受迫振动的系统振动稳定后，其振动频率等于驱动力的频率，跟系统的固有频率没有关系．2.共振(1)定义：驱动力的频率等于振动物体的固有频率时，受迫振动的振幅最大的现象．(2)条件：驱动力频率等于系统的固有频率．(3)特征：共振时受迫振动的振幅最大．(4)共振曲线：如图11­5­3所示．表示受迫振动的振幅A与驱动力频率f的关系图象，图中f0为振动物体的固有频率．图11­5­3[再判断]1．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．(×)[后思考]1．洗衣机启动和停止时，随着电机转速的变化，有时洗衣机会振动得很厉害，这是什么原因？【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，需要采取什么措施？【提示】尽量使驱动力的频率与固有频率间的差距增大．[核心点击]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11­5­4所示．横轴：驱动力频率．图11­5­4(2)f0的意义：表示固有频率．(3)认识曲线形状：f ＝f0，共振；f ＞f0或f＜f0，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11­5­5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，则下列说法正确的是( )图11­5­5A ．只有A 、C 摆振动周期相等B ．A 摆的振幅比B 摆的小C ．B 摆的振幅比C 摆的小D ．A 、B 、C 三摆的振动周期相等E ．B 、C 两摆振动时的振幅与其摆长有关，而周期与摆长无关．【答案】 CDE5.如图11­5­6所示为两个单摆受迫振动的共振曲线．两个单摆的固有周期之比为TⅠ∶TⅡ＝________.若两个受迫振动分别在月球上和地球上进行，且摆长相等，则图线________是月球上的单摆的共振曲线. 【导学号：23570029】图11­5­6【答案】5∶2 Ⅰ6．如图11­5­7所示，在曲轴A上悬挂一个弹簧振子，如果转动把手，曲轴可以带动弹簧振子上下振动．问：图11­5­7(1)开始时不转动把手，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，振子做什么振动？其固有周期和固有频率各是多少？若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 r/s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？【答案】(1)简谐运动0.5 s 2 Hz 阻尼振动(2)受迫振动0.25 s1．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．改变受迫振动的振幅的方法当f驱＝f固时，振幅最大．若改变受迫振动的振幅，可采取两种方法：(1)改变给予振动系统周期性外力的周期，即改变驱动力频率．(2)了解影响固有频率的因素，改变固有频率．。

第5节外力作用下的振动一、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11-5-1(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11-5-1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1.振幅逐渐减小的振动，叫做阻尼振动，阻尼越大，振幅减小得越快。

2．做阻尼振动的物体，振幅越来越小，但周期不变。

3．系统在驱动力作用下的振动叫做受迫振动，受迫振动的频率总等于驱动力的频率，与系统的固有频率无关。

4．驱动力频率等于系统的固有频率时，受迫振动的振幅最大，叫做共振。

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11-5-2所示。

图11-5-21．自主思考——判一判(1)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。

(×)(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。

高中物理第十一章机械振动5 外力作用下的振动学案1 新人教版选修3-4 编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（高中物理第十一章机械振动5 外力作用下的振动学案1 新人教版选修3-4）的内容能够给您的工作和学习带来便利。

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5 外力作用下的振动振动系统受到摩擦和其他阻力，即受到阻尼作用，系统的机械能逐渐减少，同时振A．摆球t A时刻的动能等于t B时刻的动能B．摆球t A时刻的势能等于t B时刻的势能C．摆球t A时刻的机械能等于t B时刻的机械能D．摆球t A时刻的机械能大于t B时刻的机械能2．固有周期和固有频率（1）自由振动:像弹簧振子和单摆那样，物体偏离平衡位置后,它们就在自己的弹力或重力作用下振动起来,不需要其他外力的推动，这种振动叫做自由振动。

（2)固有周期和固有频率：做简谐运动的物体都要受到回复力的作用，回复力是振动系统内部的相互作用,是内力，如果振动系统不受外力的作用,此时的振动叫固有振动，其振动频率叫做固有频率.【例2】弹簧振子在振动过程中振幅逐渐减小,这是由于( ）A．振子开始振动时振幅太小B．在振动过程中要不断克服外界阻力做功，消耗能量C．动能和势能相互转化D．振子的机械能逐渐转化为内能3．受迫振动（1)持续振动的获得实际的振动由于阻尼作用最终要停下来，要维持系统持续振动，办法是加周期性的外力作用于振动系统，外力对系统做功，补偿系统的能量损耗。

(2）驱动力：作用于振动系统的周期性的外力。

（3）受迫振动：振动系统在驱动力作用下的振动.(4)受迫振动的频率做受迫振动的系统振动稳定后，其振动频率等于驱动力的频率，与系统的固有频率无关。

11.5外力作用下的振动教案一、教材分析本节是人教版物理选修3-4 十一章第五节，由生活中常见的阻尼振动分析入手进而引入受迫振动的概念，然后通过演示实验说明受迫振动的周期与驱动力周期的关系，最后演示实验证明当f驱＝ｆ固时，物体做受迫振动的振幅最大，最后引入了共振的概念二、教学目标知识与技能〔1〕能从能量的观点分析阻尼振动产生的原因〔2〕掌握受迫振动的概念。

探究受迫振动的频率与驱动力的频率的关系〔3〕理解共振的概念及产生条件，知道常见的共振的应用和危害过程与方法：通过实验探究受迫振动频率与驱动力频率及共振条件情感态度与价值观体会物理与生活的紧密联系，培养热爱生活的情趣三、教学重点难点重点：1.什么是受迫振动.2.什么是共振及产生共振的条件难点：1.物体发生共振决定于驱动力的频率与物体固有频率的关系，与驱动力大小无关.2.当f驱＝ｆ固时，物体做受迫振动的振幅最大四、学情分析.1、教学中应该充分发挥实验的作用，使学生理解物体在做受迫振动时其频率跟驱动力频率的关系，以及受迫振动的频率与物体固有频率接近时，振动的特点.2．在做共振实验时，也可以用如下的实验代替课本中图9-33的实验。

即在同一块薄木板上固定许多长度不同，但质地、粗细相同的小木棒，振动其中的一个，观察其他小木棒哪一个振动得最剧烈。

3．注意引导学生多思考一下共振在实际中的应用(如乐器的共鸣箱等)以及避免共振的做法，培养学生理论联系实际的能力和习惯。

五、教学方法实验、讨论六、课前准备弹簧振子、受迫振动演示仪、摆的共振演示器七、课时安排1课时八、教学过程〔一〕预习检查、总结疑惑〔二〕情景引入、展示目标现场演示弹簧振子的运动，提出问题：弹簧振子为什么会停下来而不一直运动下去？那么如何才能让它永不停息的运动呢？〔三〕合作探究、精讲点播学生带着上述问题阅读课本17-18页内容。

〔给予学生2-3分钟时间〕现在以弹簧振子为例讨论一下简谐运动的能量问题。

问：振子从B向O运动过程中，它的能量是怎样变化的？引导学生答出弹性势能减少，动能增加。

11.5 外力作用下的振动[目标定位] 1.知道什么是阻尼振动和无阻尼振动，并能从能量的观点给予说明.2.知道受迫振动的概念．知道受迫振动的频率等于驱动力的频率，而跟振动物体的固有频率无关.3.知道共振以及发生共振的条件，知道共振的应用和防止的实例．一、阻尼振动[问题设计]在研究弹簧振子和单摆振动时，我们强调忽略阻力的影响，它们做的振动都属于简谐运动．而实际上，在实验室中让一个弹簧振子振动起来，经过一段时间它将停止振动，你知道是什么原因造成的吗？[要点提炼]1．固有振动如果振动系统不受的作用，此时的振动叫做固有振动，其振动频率称为．2．阻尼振动(1)系统受到摩擦力或其他阻力的作用时，我们说振动受到了阻尼．系统克服阻尼的作用要消耗，因而振幅减小，最后停下来，阻尼振动的图象如图1所示．图1(2)阻尼振动的振幅不断减小，系统的机械能不断减少，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．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．二、受迫振动[问题设计]如图2所示，当弹簧振子自由振动时，振子就会慢慢地停下来，怎样才能使振子能够持续振动下去？图2[要点提炼]1．受迫振动加在振动系统上的的外力，叫做驱动力．系统在驱动力作用下的振动叫做受迫振动．2．受迫振动的周期和频率做受迫振动的物体振动稳定后，其振动频率等于的频率，跟系统的固有频率 (填“有关”或“无关”)．三、共振[问题设计]你知道部队过桥时为什么要便步走吗？[要点提炼]1．共振的条件驱动力的频率与系统的相等，即f驱＝．2．共振曲线如图3所示，共振曲线的横坐标为驱动力的频率，纵坐标为受迫振动系统的振幅．当驱动力的频率与系统的固有频率相等时，受迫振动的振幅．图33．共振的利用与防止(1)利用：在应用共振时，使驱动力频率振动系统的固有频率．如：共振筛、荡秋千、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．如：部队过桥应便步走、火车过桥要减速等．4．固有振动、受迫振动和共振的比较振动类型比较项目固有振动受迫振动共振受力情况仅受回复力作用周期性驱动力作用振动周期或频率由系统决定，即固有周期或固有频率由驱决定，即T＝T驱或f＝f驱T驱＝或f驱＝振动能量振动物体的机械能( )由产生驱动力的物体提供振动物体获得的能量最大常见例子弹簧振子或单摆机器运转时底座发生的振动共振筛、声音的共鸣等一、对阻尼振动的理解例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．在振动过程中，通过某一位置时，机械能始终不变D．在振动过程中，机械能不守恒二、对受迫振动的理解例2如图4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( )图4A．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三、对共振的理解例3如图5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( )图5A．各摆的固有周期均相同B．各摆振动的周期均与A摆相同C．C摆振幅最大D．B摆振动周期最小例4一个单摆做受迫振动，其共振曲线(振幅A与驱动力的频率f的关系)如图6所示，则( )图6A．此单摆的固有周期约为0.5 sB．此单摆的摆长约为1 mC．若摆长增大，单摆的固有频率增大D．若摆长增大，共振曲线的峰将向右移动1．(对阻尼振动的理解)做阻尼振动的振子哪些物理量在减小( )A．机械能 B．振幅C．周期 D．频率2．(对受迫振动的理解)如图7所示，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，让振子上下自由振动，测得振动频率为2 Hz，然后匀速转动摇把，转速为240 r/min，当振子振动稳定后，它的振动周期为( )图7A.12s B.14s C．2 s D．4 s3．(阻尼振动中的能量)如图8所示是一个水平弹簧振子做阻尼振动的振动图象，曲线上A、B两点连线与横轴平行，下列说法正确的是( )图8A．振子在A时刻的动能等于B时刻的动能B．振子在A时刻的势能大于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4．(对共振的理解)一砝码和一轻弹簧构成弹簧振子，图9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( )图9A．由图线可知T0＝4 sB．由图线可知T0＝8 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；当T比8 s小得多或大得多时，Y很小题组一对阻尼振动的理解1．自由摆动的秋千，摆动的振幅越来越小，下列说法正确的是( )A．机械能守恒B．能量正在消失C．总能量守恒，机械能减小D．只有动能和势能的相互转化2．弹簧振子在振动过程中振幅逐渐减小，这是由于( )A．振子开始振动时振幅太小B．在振动过程中要不断克服外界阻力做功，消耗能量C．动能和势能相互转化D．振子的机械能逐渐转化为内能3．一单摆在空气中振动，振幅逐渐减小，下列说法正确的是( )A．振动的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题组二对受迫振动的理解4．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5．2020年3月11日，日本发生了里氏9.0级大地震，导致很多房屋坍塌，场景惨不忍睹，就此事件，下列说法正确的是( )A．所有建筑物振动周期相同B．所有建筑物振幅相同C．建筑物的振动周期由其固有周期决定D．所有建筑物均做受迫振动6．下列说法正确的是( )A．某物体做自由振动时，其振动频率与振幅无关B．某物体做受迫振动时，其振动频率与固有频率无关C．某物体发生共振时的频率等于其自由振动的频率D．某物体发生共振时的振动就是无阻尼振动7．A、B两个单摆，A摆的固有频率为f，B摆的固有频率为4f，若让它们在频率为5f的驱动力作用下做受迫振动，那么A、B两个单摆比较( )A．A摆的振幅较大，振动频率为fB．B摆的振幅较大，振动频率为5fC．A摆的振幅较大，振动频率为5fD．B摆的振幅较大，振动频率为4f题组三对共振的理解8．下列关于共振和防止共振的说法，正确的是( )A．共振现象总是有害的，所以要避免共振现象发生B．队伍过桥要慢行是为了不产生周期性的驱动力，从而避免产生共振C．火车过桥慢行是为了使驱动力的频率远小于桥的固有频率，从而避免产生共振D．利用共振时，应使驱动力的频率接近或等于振动物体的固有频率；防止共振危害时，应使驱动力的频率远离振动物体的固有频率9．洗衣机正常工作时外壳的振动比较平稳，但是切断电源后的洗衣机外壳某一时刻振动非常厉害，过一会儿又振动平稳些，对此正确的解释是( )A．随着转速变化，固有频率越来越大B．随着转速变化，固有频率越来越小C．随着转速变化，驱动力频率越来越大D．驱动力频率由接近固有频率逐渐远离固有频率10．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L为12.6 m，列车固有振动周期T为0.315 s．下列说法正确的是( )A．列车的危险速率为40 m/sB．列车过桥需要减速，是为了防止列车与桥发生共振现象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．如图1所示是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( )图1A．驱动力的频率为f2时，振子处于共振状态B．驱动力的频率为f3时，振子的振动频率为f3C．假如让振子自由振动，它的频率为f2D．振子做自由振动时，频率可以为f1、f2和f3题组四综合应用12．如图2所示是用来测量各种电动机转速的原理图．在同一个铁支架MN上焊有固有频率依次为80 Hz、60 Hz、40 Hz、20 Hz的四个钢片a、b、c、d.将M端与正在转动的电动机接触，发现b钢片振幅最大，图2(1)电动机的转速为多大？(2)四个钢片a、b、c、d的振动频率分别是________、________、________、________.13．如图3所示是一个单摆的共振曲线．图3(1)若单摆所处环境的重力加速度g取9.8 m/s2，试求此单摆的摆长．(2)若将此单摆移到高山上，共振曲线的“峰”将怎样移动？2019-2020学年高考物理模拟试卷一、单项选择题：本题共10小题，每小题3分，共30分．在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的1．据伊朗新闻电视台2019年9月7日消息，伊朗原子能组织发言人卡迈勒万迪当天宣布，作为第三阶段中止履行伊核协议的措施，伊朗已启动了“先进离心机”，以增加浓缩铀储量。

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第5课时外力作用下的振动[研究选考·把握考情]知识内容外力作用下的振动考试要求加试b 教学要求1。

了解固有振动和固有频率2.了解阻尼振动，知道阻尼振动时，振动物体的能量变化情况3.了解受迫振动，知道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4。

了解共振现象，知道共振现象产生的条件5.理解共振曲线知识点一阻尼振动［基础梳理］1.固有振动如果振动系统不受外力的作用，此时的振动叫做固有振动,其振动频率称为固有频率2。

阻尼振动当振动系统受到阻力的作用时，我们说振动受到了阻尼，系统克服阻尼的作用要做功，消耗机械能，因而振幅减小，最后停下来.这种振幅逐渐减小的振动,叫做阻尼振动。

［即学即练]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.在振动过程中，机械能不守恒，周期不变解析因单摆做阻尼振动，所以振幅越来越小，机械能越来越小,振动周期不变。

答案BD知识点二受迫振动[基础梳理]1.驱动力：周期性的外力.2.受迫振动:系统在驱动力作用下的振动。

外力作用下的振动疱丁巧解牛知识·巧学一、阻尼振动1.固有频率：如果振动系统不受外力作用，此时的振动叫固有振动，其振动频率称为固有频率.2.从振幅有无变化来分，振动可分为阻尼振动和无阻尼振动两种.（1）阻尼振动（减幅振动）：振动物体克服摩擦和其他阻力做了功，它自己的能量逐渐减小，振幅也随着变小.振幅逐渐减小的振动叫阻尼振动.深化升华同一简谐运动能量的大小由振幅大小确定.阻尼振动振幅减小的快慢跟所受阻尼的大小有关，阻尼越大，振幅减小得越快.误区警示物体做阻尼振动时，不要认为振动的频率会减小.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.（2）无阻尼振动（等幅振动）：振动物体从外界取得能量，恰好补偿了它的能量损耗，这时它的振幅将保持不变，称为无阻尼振动，例如时钟上钟摆的振动.联想发散阻尼振动若在一段不太长的时间内振幅没有明显的减小，可以把它当作简谐运动来处理.误区警示物体做无阻尼振动，并不一定指它不受阻力，而是指它在振动过程中保持振动的振幅不变.而阻尼振动的振幅在振动过程中不断减小.3.无阻尼振动和阻尼振动的比较.比较项目振动类型阻尼振动无阻尼振动产生条件受到阻力作用无阻尼振动振幅如果没有能量补充，物体的振幅会越来越小振幅不变振动图象实例用锤敲锣，由于锣的振动，发出响亮的锣声，但锣声越来越弱，振幅越来越小，属阻尼振动弹簧振子的振动二、受迫振动如图11-5-1所示，在手摇的曲轴上挂一弹簧振子把手不旋转，让振子自由振动，测出其周期（固有周期）.匀速转动把手，曲轴给弹簧振子一个驱动力，使振子上下振动，用不同的转速匀速转动把手，发现振子振动的周期不同，它振动的频率则刚好与把手转动的频率相同，而与振子的固有频率无关.图11-5-11.驱动力：加在振动系统上的周期性外力，叫做驱动力.2.受迫振动：物体在外界驱动力作用下的振动.3.自由振动：像弹簧振子和单摆那样，物体偏离平衡位置后，它们就在自己的弹力或重力作用下振动起来，而不需要其他外力的推动，这种振动叫做自由振动.辨析比较物体的振动如按照能量是否存在损耗来分可分为阻尼振动（减幅振动）和无阻尼振动（等幅振动）；如按照振动的成因来分可分为自由振动和受迫振动.实际生活中持续振动的例子都是受迫振动.如汽车在不平路面上运行时，路面凸凹部分对汽车车轮变化的弹力（与重力的合力）给汽车底部弹簧片以驱动力使其振动；缝纫机针在人脚踏的力（或电动力）驱动下的振动；打点计时器的弹簧片在电磁力的驱动下的振动.这些事例都说明要想使振动持续下去，必须要有驱动力对系统做功.这些系统都是在驱动力作用下的受迫振动.4.受迫振动的周期和频率物体做受迫振动时，振动稳定后的频率等于驱动力的频率，跟物体的固有频率无关.三、共振1.共振：驱动力频率f驱等于系统固有频率f固时，受迫振动的振幅最大，这种现象叫做共振. 辨析比较自由振动、受迫振动和共振的关系项目振动类型自由振动受迫振动共振受力情况仅受回复力周期性驱动力作用周期性驱动力作用振动周期或频率由系统本身性质决定，即固有周期或固有频率由驱动力的周期或频率决定，即T=T驱或f=f驱T驱=T固或f驱=f固振动能量振动物体的机械能不变由产生驱动力的物体提供振动物体获得的能量最大常见例子弹簧振子或单摆（θ≤10°）机械工作时底座发生的振动共振筛、声音的共鸣等2.共振的条件：f驱=f固即驱动力的频率与物体的固有频率相等.3.共振曲线如图11-5-2所示，共振曲线的横坐标为驱动力的频率，纵坐标为受迫振动物体的振幅.共振曲线直观地反映出驱动力的频率对受迫振动物体振幅的影响.由共振曲线可知，当驱动力的频率与物体的固有频率相等时，受迫振动的振幅最大.图11-5-24.共振的利用与防止（1）利用：由共振的条件知，要利用共振，就应尽量使驱动力的频率与物体的固有频率一致.如：共振筛、荡秋千、共振转速计等.（2）防止：由共振曲线可知，在需要防止共振危害时，要尽量使驱动力的频率和固有频率不相等，而且相差越多越好.如：部队过桥应便步走.典题·热题知识点一阻尼振动例1若空气阻力不可忽略，单摆在小于10°的偏角的摆动中，总是减小的物理量为( )A.振幅B.位移C.周期D.机械能解析：有空气阻力时，振动为阻尼振动，振幅不断减小，机械能也不断减小.在平衡位置，位移为零；而后位移增大，直至动能为零时位移达到最大；然后位移又减小到零，所以位移不是一直减小.根据单摆周期公式T=2πgl ，l 不变，则T 不变，故选项A 、D 正确. 答案：AD方法归纳 振幅的大小表征一个振动系统总机械能的大小，若振动过程有介质阻力做功时，机械能减小转化为内能，故振幅减小.阻尼振动过程中动能或势能在一段时间内可以是增大的.例2一单摆在空气中振动，振幅逐渐减小，下列说法正确的是( )A.动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解析：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，机械能减小，所以选项A 、D 正确.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减小，所以选项B 、C 错误.答案：AD知识点二 受迫振动、共振例3在火车的车厢里用细线吊着一个小球，由于在铁轨接合处火车通过受到震动使球摆动，如果每根铁轨长12.5 m ，细线长0.4 m ，则当火车速度达__________________m/s 时，球摆动的振幅最大.解析：火车每通过铁轨接合处时，给摆球施加一次周期性的驱动力，当这一驱动力的周期T 驱=v L 跟摆球的固有周期T 固=2πg l 相等时，摆球的振幅达最大，即v L =2πgl ，解得v=π2L ×l g =4.08.93.14212.5⨯ m/s≈10 m/s. 答案：10方法归纳 火车运行时，车轮每通过相邻的两根铁轨的连接处时，就会受到一次撞击，对小球相当于一个驱动力.通过审题挖掘出火车车轮与两根铁轨连接处撞击的频率与单摆的固有频率相等这个关键条件，是解决本题的关键.例4如图11-5-3所示是探究单摆共振条件时得到的图象，它表示振幅跟驱动力频率之间的关系，请完成：图11-5-3（1）这个单摆的摆长是多少？（2）如果摆长变长一些，画出来的图象的高峰将向哪个方向移动？解析：（1）从共振曲线知，单摆的固有周期T=1/f 固=1/0.3 s=10/3 s ，因为T=2πgl ，所以 l=224πgT =223.144)310(9.8⨯⨯ m≈2.78 m （2）若摆长变长一些，则由周期公式T=2πgl 可知，单摆周期增大，则固有频率变小，因此图象的高峰将向原点方向移动.答案：（1）2.78 m （2）向原点方向移动例5如果把人当作一个整体来看，在水平方向的固有频率约为3 Hz —6Hz ，竖直方向的固有频率约为 4 Hz —8 Hz ，拖拉机驾驶员和风镐、风铲、铆钉机等操作工在工作时将做___________振动，这些操作工的振动频率跟振动源的频率______________________.为保障操作工的安全与健康，有关部门作出规定：用手操作的各类机械的频率必须大于20 Hz ，这是为了防止发生___________造成对人体健康的危害.解析：拖拉机、风镐等在工作时，由于内燃机或电动机等动力设备运转的不平衡性，往往产生较剧烈的振动，与其靠近或密切接触的人一定要做受迫振动，如果设备的振动频率接近人体的振动频率，则人体的各部分将做较剧烈的振动，造成对人体的损伤.因此，对于用手操作的机械振动频率必须要大于20 Hz ，以保障人体健康.答案：受迫 接近 共振巧解提示 从题目中抽象出人体各部分也要做受迫振动这一物理模型是解决本题的关键. 问题·探究问题 当驱动力的频率等于物体的固有频率时，做受迫振动的物体振幅最大，试阐述其原因. 探究过程:观点一：从受力角度看：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，从而振幅达到最大.观点二：从功能关系看：当驱动力频率越接近物体的固有频率时，驱动力与物体运动一致的次数越多，驱动力对物体做正功越多，振幅就越大.当驱动力频率等于物体固有频率时，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.探究结论:不论从受力角度，还是从功能关系来看，当驱动力的频率等于物体的固有频率时，物体做受迫振动的振幅都最大，即发生共振.。

高中物理第十一章机械振动5 外力作用下的振动学案2 新人教版选修3-4 编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（高中物理第十一章机械振动5 外力作用下的振动学案2 新人教版选修3-4）的内容能够给您的工作和学习带来便利。

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5．外力作用下的振动1．知道什么是阻尼振动和阻尼振动中能量转化的情况。

2．知道做受迫振动物体的振动频率跟固有频率无关，而等于驱动力的频率.3．知道共振以及发生共振的条件，知道共振的应用和防止的实例。

军队里有明确的规定：凡行军过桥的部队，不准在桥上齐步走或正步走，而要便步走.1906年，俄国军队在通过彼得堡附近一座大桥时，由于齐步走而使大桥倒塌，造成了很大的伤亡。

部队行军过桥时为什么要便步走？桥梁的共振提示：这是为了防止大桥发生共振,而使桥梁倒塌。

当整齐步伐的频率跟大桥的固有频率相等时,会引起共振,可能使大桥损坏，造成人员伤亡。

1．固有频率简谐运动的物体受到的回复力,是振动系统内部的相互作用力。

如果振动系统不受外力的作用，此时的振动叫做__________，其振动频率称为__________.2．阻尼振动当振动系统受到阻力的作用时,我们说振动受到了阻尼。

阻尼振动的振幅不断______。

振动系统受到的阻尼越大,振幅减小得______。

当阻尼很小时，就可以______，当作__________来处理。

3．受迫振动系统在____________的________作用下的振动叫做受迫振动.受迫振动______时，系统振动的频率等于________的频率,与系统的固有频率______。

5．外力作用下的振动互动课堂疏导引导1.阻尼振动（1）实际的振动过程中，机械能向内能转化是无法避免的，振动过程中机构能不断减小以致振动最终停止.这种振幅逐渐减小的振动叫阻尼振动.尽管阻尼振动的振幅在减小，但其振动周期不变，因为周期是由振动系统决定的.振动系统确定后，其振动的周期就不变，称为固有周期.（1）驱动力：加在振动系统上的周期性外力，叫做驱动力.（2）受迫振动：物体在外界驱动力作用下的振动叫做受迫振动.（3）振动系统做受迫振动时，振动稳定后的频率等于驱动力的频率，跟振动系统的固有频率无关.注意：按振动成因分类，振动有受迫振动和自由振动.像弹簧振子和单摆那样，物体偏离平衡位置后，它们就在自己的弹力或重力作用下振动起来，而不需要其他外力的推动，这种振动叫做自由振动.3.共振（1）共振：驱动力的频率等于振动系统的固有频率时，受迫振动的振幅最大的现象，叫做共振.（2）共振条件：f驱=f固.①从受力角度来看：振动系统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，使系统振幅增大的力的作用次数就越多；当驱动力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，从而振幅达最大.②从功能关系来看：当驱动力频率越接近振动系统的固有频率时，驱动力与物体运动一致的次数越多，驱动力对物体做正功越多，振幅就越大.当驱动力频率等于物体固有频率时，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）共振曲线：受迫振动的振幅随驱动力频率变化的图象，叫做共振曲线，如图11-5-1所示.图11-5-1当f=f 0时，受迫振动的振幅最大，由此可知f 0等于做受迫振动物体的固有频率. 活学巧用1.自由摆动的秋千，摆动的振幅越来越小，下列说法正确的是（ ）A.机械能守恒B.能量正在消失C.总能量守恒，机械能减小D.只有动能和势能的相互转化思路解析：自由摆动的秋千可以看作阻尼振动的模型，振动系统中的能量转化也不仅是系统内部动能和势能的相互转化.振动系统是一个开放系统，与外界时刻进行能量交换.系统由于受到阻力，因而使振动的能量不断减小，但总能量守恒.答案：C2.如图11-5-2所示，在曲轴A 上悬挂一个弹簧振子，如果转动把手，曲轴可以带动弹簧振子上下振动.问：图11-5-2（1）开始时不转动把手，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，其固有周期和固有频率各是多少？若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 r/s 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？（3）若要振子振动的振幅最大，把手的转速应多大？为什么？思路解析：（1）据题意：T 固=n t =2010 s=0.5 s,f 固=固T 1=5.01 Hz=2 Hz. 由于摩擦和空气阻力的存在，振子克服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 r/s ，它给弹簧振子的驱动力的频率为f 驱=4 Hz ，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f=f 驱=4 Hz ，T=T 驱=0.25 s.（3）要使弹簧振子的振幅最大，处于共振状态，必须使其驱动力的频率f 驱等于它的固有频率，即f 驱=f 固=2 Hz ，故把手的转速应为n=2 r/s.答案：（1）0.5 s 2 Hz 阻尼振动 （2）受迫振动 0.25 s (3)2 r/s 原因略3.在图11-5-3中，当A 振动起来后，通过水平绳迫使B 、C 振动，下列说法中，正确的是（ ）图11-5-3A.只有A 、C 的振动周期相等B.A 的振幅比B 小C.C 振动的振幅比B 大D.A 、B 、C 的振动周期相等思路解析：A 振动后迫使水平绳振动，水平绳振动再迫使B 、C 振动，所以B 、C 做受迫振动，其振动周期等于驱动力周期，即A 的自由振动周期，T A =T B =T C =g l2.C 发生共振，B 不发生共振，C 的振幅比B 大.答案：CD。

高中物理 11.5 外力作用下的振动学案新人教版选修第5节外力作用下的振动班级姓名学号______【目标导学】XXXXX：学习目标：1、知道阻尼振动和无阻尼振动，并能从能量的观点给予说明。

2、知道受迫振动的概念。

知道受迫振动的频率等于驱动力的频率，而跟振动物体的固有频率无关。

3、理解共振的概念，知道常见的共振的应用和危害。

学习重点：1、受迫振动的频率等于驱动力的频率，与系统的固有频率无关2、共振发生的条件。

学习难点：受迫振动的频率等于驱动力的频率与系统的固有频率无关的理解。

【课前预习】1、阻尼振动（1）阻尼振动是指振幅逐渐__________的振动，它是从_________是否变化的角度来区分、2、受迫振动物体在___________性变化的___________作用下的振动叫受迫振动，受迫振动稳定时，系统振动的频率等于___________的频率，与系统的___________无关、3、共振（1）共振的条件是___________，产生共振时，物体的振幅___________、（2）在需要利用共振时，应使驱动力的频率接近或等于振动系统的__________频率；而在需要防止共振时，应使驱动力的频率与振动系统的__________频率不同，而且________越好、【新课教学】一、阻尼振动阅读课本P17-18页1、2、3自然段完成下列问题1、固有频率：如果振动系统不受外力作用，此时的振动叫________，其振动频率称为_____。

2、从振幅有无变化来区分，振动可分为_______振动和_______振动（1）阻尼振动：振动物体克服摩擦力和其它阻力做功，系统能量______，振幅也随之______，我们把这种振幅逐渐减小的振动叫做阻尼振动。

我们说物体受到的摩擦力或其它阻力为阻尼。

振动系统受到的阻尼越大，振幅减小的______，阻尼越小，振幅减小的_______。

（2）无阻尼振动：振幅保持不变的振动。

5 外力作用下的振动名师导航知识梳理1.阻尼振动（1）阻尼振动是指振幅逐渐____________的振动，它是从____________是否变化的角度来区分.（2）等幅振动不受阻力作用.2.受迫振动物体在____________性变化的____________ 作用下的振动叫受迫振动，受迫振动稳定时，系统振动的频率等于____________的频率，与系统的____________ 无关.3.共振共振的条件是_______________，产生共振时，物体的振幅____________.知识导学复习振幅与能量的关系，再结合生活中的振动现象，如树梢在空中摆动几下，最后会停下来等等，认识和理解阻尼振动.自然界中的一切振动，严格地讲都属于阻尼振动.在认识阻尼振动的基础上，更进一步联想到若要使振动持续下去，会有什么办法呢？提出猜想：补充能量，由此认识受迫振动.对共振的认识，要通过教材图11.53的实验，归纳总结得出共振的概念和意义.疑难突破1.受迫振动的振动频率与驱动力频率的关系剖析：受迫振动是周期性外力作用下的振动.外力对系统做功，克服阻尼作用，补偿系统的能量损耗，使系统持续地振动下去.设计一个实验如下：如图11-5-1所示的装置，匀速转动把手时，把手给弹簧振子以驱动力使振子做受迫振动.用不同的转速匀速地转动把手，认真观察实验中驱动力的周期与把手转动周期的关系，通过实验，我们可以得出结论：驱动力周期与把手周期是相同的，而受迫振动稳定后的频率等于驱动力的频率，跟物体的固有频率无关.图11-5-12.产生共振的条件及振幅随驱动力频率的变化关系剖析：设计一个实验如图11-5-2所示，一根张紧的水平绳上挂五个摆，其中A、E摆长相等，D摆摆长最长，B摆最短.图11-5-2开始时，各摆都静止，让A摆先摆动起来，然后带动其他摆跟着摆起来.观察和分析A 、B 、C 、D 、E 这五个单摆摆动周期的关系，观察B 、C 、D 、E 四个摆在振动过程中，振幅的大小关系.由实验我们可以得出结论：A 、E 摆振幅最大，D 摆振幅最小.分析原因：B 、C 、D 、E 四个摆只有摆长不同，其他条件都相同，摆长决定了四个摆的固有频率，A 、E 摆长相同，说明A 、E 固有频率相同，结合实验现象可知，当驱动力频率等于固有频率时，振幅最大，这就是产生共振的条件.固有频率与驱动力频率相差越大，振幅越小，我们可以总结如下：|f-f′|越大，振幅越小|f-f′|越小，振幅越大|f-f′|等于零，振幅最大.典题精讲【例1】在图11-5-3中，当A 振动起来后，通过水平绳迫使B 、C 振动，下列说法中正确的是（ )图11-5-3A.只有A 、C 的振动周期相等B.A 的振幅比B 小C.C 振动的振幅比B 大D.A 、B 、C 的振动周期相等思路解析：A 振动后迫使水平绳振动，水平绳振动，水平绳再迫使B 、C 振动，所以B 、C 做受迫振动，其振动周期等于驱动力周期，即A 的自由振动周期，T b =T c =T A 固=2πg l ，所以C 发生共振，B 不发生共振，C 的振幅比B 大.答案：CD绿色通道：做受迫振动的物体，它的固有频率与驱动力的频率越接近，其振幅就越大，当二者相等时，振幅达到最大.变式训练：一洗衣机在正常工作时非常平稳，当切断电源后发现先是振动越来越剧烈，然后振动逐渐减弱.对这一现象下列说法正确的是（ )①正常工作时，洗衣机波轮的运转频率大于洗衣机的固有频率②正常工作时，洗衣机波轮的运转频率比洗衣机的固有频率小③当洗衣机振动最剧烈时，波轮的运转频率恰好等于洗衣机的固有频率④当洗衣机振动最剧烈时，固有频率最大A.①④B.②③C.①③D.②④答案：C【例2】在火车车厢里吊着一小球，由于在铁轨接合处振动使球摆动，若钢轨长12.5 m ，线长40 cm ，那么当火车的速度达到多大时，球振动的振幅最大？思路解析：悬线吊着的小球由于车轮在钢轨接合处受到冲击而摆动，显然稳定后摆球做受迫振动，在受迫振动中当驱动力的频率等于小球振动的固有频率时发生共振，单摆振动的振幅最大，F 驱=F 固.即g L 21π=L v v= Lg 2πL=10 m/s. 答案：10 m/s绿色通道：受迫振动是物体在周期性外力（驱动力）作用下的振动，其振动特点是受迫振动中的频率等于驱动力的频率，与物体的固有频率无关，只有当固有频率等于驱动力的频率时，发生共振，即振幅最大.变式训练：部队过桥时，规定不许齐步走，主要原因是（ )A.减轻对桥的压力B.避免使桥发生共振C.使桥受到的压力更为均匀答案：B问题探究问题：挑水时，有时桶里的水会荡得厉害，并从桶中溅出来，这是为什么？如何避免发生这一现象？导思：在此例中，水振动厉害的主要原因是驱动力的频率跟振动物体的固有频率相接近或相等，但是仅说出这个共振条件是不够的，还必须从题意的具体情况出发，指出其特征条件.例如，题中的驱动力是由于人行走的起伏引起的，同理在解答如何防止共振时，是破坏产生共振的条件，这是共振，同时还要指出具体办法，如此例采用停止走动片刻或水中放些漂浮物体的办法.探究：挑水时，由于行走时肩膀的起伏，人通过扁担对桶的作用，使水因受到周期性的驱动力而产生受迫振动，当驱动力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，所以水的动荡越来越厉害，直到溅出来.为了避免发生这种现象，就要使驱动力的频率和水桶里的水的固有频率相远离，解决的办法有改变行走的快慢或停止走动片刻，若在桶里放些漂浮物，增大阻尼，使振动系统克服阻力，消耗些能量，以减小振幅.。

5．外力作用下的振动课堂互动三点剖析1.受迫振动的特点(1)受迫振动的周期和频率由驱动力决定，与振动物体的固有周期和频率无关。

受迫振动的周期和频率总等于驱动力的周期和频率。

(2)受迫振动的振幅与驱动力的频率和固有频率之差有关，驱动力的频率与固有频率之差越大，受迫振动的振幅越小；驱动力的频率与固有频率之差越小，受迫振动的振幅越大，当驱动力的频率与固有频率相等时，受迫振动的振幅最大。

2.对共振条件的理解共振条件：驱动力的频率等于固有频率。

受迫振动的振幅随驱动力频率变化(共振曲线)如图11-5-2所示，当驱动力频率逐渐增大到固有频率时，振幅随驱动力频率的增大而增大；当驱动力频率等于固有频率时，振幅最大；当驱动力频率从固有频率逐渐增大时，振幅随驱动力频率的增大而减小。

图11-5-23.共振条件在生产、生活中的实际应用在现实生活中有很多共振的实例，如果想使做受迫振动的物体有尽可能小的振幅，应该使驱动力的周期或频率与物体的固有周期或频率尽可能相差多一些。

如果想使做受迫振动的物体有尽可能大的振幅，应该使驱动力的周期或频率与物体的固有周期或频率尽可能相差小一些，或者相等。

收音机利用电磁的共振进行选台，一些乐器利用共振来提高音响效果，核内的核磁共振利用来进行物质结构的研究以及医疗诊断等。

某种情况下，共振可能造成损害，如对桥梁的驱动力的频率接近桥梁的固有频率，就可能使桥梁断裂，为此火车过桥要限速、部队过桥要便步等。

各个击破【例1】 如图11-5-1所示，Α球振动后，通过水平细绳迫使B 、C 振动，下面说法中正确的是( )图11-5-1A.只有A 、C 振动周期相等B.A 的振幅比B 小C.C 的振幅比B 的振幅大D.A 、B 、C 的振动周期相等解析：A 振动起来后水平细绳上的驱动力周期T A =2πgl A 迫使B 、C 做受迫振动，受迫振动的频率等于施加的驱动力的频率，所以，T A =T B =T C ，而T C 固=2πg l A =T A ，T B 固=2πgl B >T A ,故C 共振，B 不共振，C 的振幅比B 的振幅大，所以正确选项为CD 。