11.5 在外力作用下的振动

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。

基础夯实1．(2012·海岳中学高二检测)随着电信业的发展，手机是常用的通信工具，当来电话时，它可以用振动来提示人们。

振动原理很简单：是一个微型电动机带动转轴上的叶片转动。

当叶片转动后，手机就跟着振动起来。

其中叶片的形状你认为是图中的()答案：A解析：手机做受迫振动。

2．下列说法正确的是()A．实际的自由振动必然是阻尼振动B．在外力作用下的振动是受迫振动C．阻尼振动的振幅越来越小D．受迫振动稳定后频率与自身物理条件无关答案：ACD解析：实际的自由振动，必须不断克服外界阻力做功而消耗能量，振幅会逐渐减小，必然是阻尼振动，故A、C正确；只有在周期性外力(驱动力)的作用下物体所做的振动才是受迫振动，B错；受迫振动稳定后的频率由驱动力的频率决定，与自身物理条件无关，D对。

3．如图所示，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8 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的驱动力作用下做受迫振动时，两个弹簧振子的振动情况是()A．甲的振幅较大，且振动频率为8 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答案：B解析：物体做受迫振动时的频率等于驱动力的频率；物体的固有频率越接近驱动力的频率，物体振动的振幅就越大，所以B正确。

4．(2011·银川模拟)在飞机的发展史中有一个阶段，飞机上天后不久，飞机的机翼很快就抖动起来，而且越抖越厉害，后来人们经过了艰苦地探索，利用在飞机机翼前缘处装置一个配重杆的方法解决了这一问题，在飞机机翼前装置配重杆的主要目的是() A．加大飞机的惯性B．使机体更加平衡C．使机翼更加牢固D．改变机翼的固有频率答案：D5．如图所示，一个偏心轮的圆心为O，重心为C，它们所组成的系统在竖直方向上发生自由振动的频率为f ，当偏心轮以角速度ω绕O 轴匀速转动时，则当ω＝__________时振动最为剧烈，这个现象称为____________。

11.5 外力作用下的振动设计人：祝登峰学习目标（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。

学习重点受迫振动，共振。

学习难点受迫振动，共振。

学习过程自主学习电铃响的时候，铃锤做的是等幅振动。

电磁打点计时器工作时，打点针做的是等幅振动。

挂钟的摆做的是等幅振动。

……它们的共同特点是，工作时振动物体不断地受到周期性变化外力的作用，这样的振动我们称之为受迫振动。

一、受迫振动1．定义：实际中的振动都是，由于摩擦和介质阻力做功，系统的机械能转化为了内能等其他形式的能，机械能总量逐渐减少，如果没有能量补充，最终振动要停下来。

为使振动持续下去，必须对系统施加的外力，这种力叫驱动力，也是以力的作用效果命名的力。

物体在外界驱动力作用下的振动就成为了振动。

2．特点：受迫振动的频率不等于系统时的频率，实验表明，物体做受迫振动时，振动稳定后的频率等于的频率。

二、共振1．定义：共振是一种特殊的受迫振动，当驱动力的频率跟物体的固有频率时，受迫振动的最大，这种现象叫做共振。

声音的共振现象叫做。

2．共振曲线：受迫振动的振幅A与驱动力的频率f的关系——共振曲线（如图1所示）f固表示振动物体的固有频率，当f= f固时振动最大。

三、共振的防止和利用图11．利用共振：使驱动力的频率接近，直至 振动系统的固有频率。

2．防止共振：使驱动力的频率 振动系统的固有频率。

合作学习1．如图2所示。

曲轴上挂一个弹簧振子，转动摇把，曲轴可带动弹簧振子上下振动。

开始时不转动摇把，让振子自由振动，测得其频率为2Hz.现匀速转动摇把，转速为240r/min 。

（1）当振子稳定振动时，它的振动周期是多大？（2）转速多大时，弹簧振子的振幅最大？2．铁道上每根钢轨长12.6m ，若支持车厢的弹簧和车厢组成的系统周期为0.6s ，那么列车的速度为多大时，车厢振动得最厉害？3．如图3所示，在一根张紧的水平绳上，悬挂有 a 、b 、c 、d 、e 五个单摆，让a 摆略偏离平衡位置后无初速释放，在垂直纸面的平面内振动；接着其余各摆也开始振动。

高中物理| 11.5外力下的振动详解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。

如果振动系统不收外力的作用，此时的振动叫做固有振动，其振动频率称为固有频率。

1自由振动系统不受外力，也不受任何阻力，只在自身回复力作用下的振动，称为自由振动，也叫无阻尼振动。

特点：振幅不变，无能量损失振动图像如下：阻尼振动1.阻尼振动：系统在振动过程中受到阻力的作用，振动逐渐消失，振动能量逐步转变为其他能量。

由于振动系统受到摩擦和其他阻力，即受到阻尼作用，系统的机械能随着时间而减少，同时振幅也逐渐减小，把振幅逐渐减小的振动叫阻尼振动。

特点：振幅减小，能量减小，周期不变，频率不变振动图象如下：受迫振动1.驱动力：如果用周期性的外力作用于振动系统，补偿系统的能量损耗，使系统持续等幅地振动下去，这种周期性外力叫做驱动力。

2.受迫振动：系统在驱动力作用下的振动叫做受迫振动3.受迫振动的周期和频率：物体做受迫振动时，振动稳定后的周期周期和频率等于驱动力的周期和频率，与物体的固有周期和频率没有关系共振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，这种现象叫做共振。

2.共振的条件：驱动力的频率等于振动物体的固有频率，即f驱=f固3.共振曲线：受迫振动的振幅随驱动力频率变化的图线，叫做共振曲线由图可知，f驱与f固越接近，振幅A越大；当f驱＝f固时，振幅A最大。

共振的应用与防止需要利用共振时应该使驱动力的频率接近振动系统的固有频率；需要防止共振时应该使驱动力的频率远离振动系统的固有频率。

（1）利用共振的有：共振筛、转速计、微波炉、打夯机、跳板跳水、荡秋千等（2）防止共振的有：机床底座、航海、军队过桥、高层建筑、火车车厢等习题演练一砝码和一轻弹簧构成弹簧振子，图1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。

课时11.5外力作用下的振动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。

重点难点:对共振及共振曲线的理解,共振的产生条件。

教学建议:本节首先介绍了固有频率的概念,然后从图象和能量的角度分析了阻尼振动,并介绍了受迫振动,最后通过竖直弹簧振子的共振和单摆的共振两类典型的共振实验,全面认识共振现象,理解共振曲线。

教学中要注意阻尼振动、受迫振动、共振三个概念的区别与联系。

导入新课:唐朝开元年间,洛阳有一个姓刘的和尚,他的房间内挂着一幅磬,常敲磬解烦。

有一天,刘和尚没有敲磬,磬却自动响起来了。

这使他大为惊奇,终于惊忧成疾。

他的一位好朋友曹绍夔是宫廷的乐令,闻讯前来探望刘和尚,他拿出刀来把磬磨去几处,从此以后磬就不再自鸣了。

1.固有频率如果振动系统不受①外力的作用,此时的振动叫作固有振动,其振动频率称为固有频率。

2.阻尼振动(1)振动系统中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②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③减小的振动,叫作阻尼振动。

(2)振动系统受到的阻尼越大,振幅减小得④越快。

阻尼过大时,系统不能发生振动。

3.受迫振动(1)驱动力作用在振动系统上的⑤周期性外力叫驱动力。

(2)受迫振动振动系统在⑥驱动力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⑦驱动力的频率,与系统的⑧固有频率无关。

4.共振(1)共振的条件是⑨驱动力频率等于系统的固有频率。

(2)共振是一种特殊的⑩受迫振动,产生共振时,物体的振幅最大(填“最大”或“最小”)。

1.振动系统常见的外力是什么?解答: 是摩擦力或其他阻力。

2.阻尼振动的图象有什么特点?解答: 振幅越来越小。

3.驱动力的频率满足什么条件时振子的振幅最大?解答: 驱动力的频率等于系统的固有频率。