高中物理第一章机械振动4阻尼振动受迫振动课件教科版选修3_4

小初高K12教育学习资料

小初高K12教育学习资料 4 阻尼振动 受迫振动

[学习目标] 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.

一、阻尼振动 自由振动

1.阻尼振动

系统在振动过程中受到阻力的作用，振动逐渐消逝，振动能量逐步转变为其他能量，这种振动叫做阻尼振动.

2.自由振动

(1)定义：系统不受外力作用，也不受任何阻力，只在自身回复力作用下的振动.

(2)固有频率：自由振动的频率，由系统本身的特征决定.

二、受迫振动

1.驱动力

加在振动系统上的周期性的外力.

2.受迫振动

(1)定义：系统在驱动力作用下的振动.

(2)受迫振动的周期和频率.

做受迫振动的物体振动稳定后，其振动周期等于驱动力的周期，振动频率等于驱动力的频率，跟系统的固有频率无关(填“有关”或“无关”).

三、共振及其应用和防止

1.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)共振曲线(如图1所示)

图1 小初高K12教育学习资料

小初高K12教育学习资料 2.共振的应用和防止

(1)利用：在需要利用共振时，应使驱动力的频率接近(填“接近”“远离”或“等于”)或等于(填“接近”“远离”或“等于”)振动系统的固有频率.

(2)防止：在需要防止共振时，应使驱动力的频率远离(填“接近”“远离”或“等于”)振动系统的固有频率.

[即学即用]

1.判断下列说法的正误.

(1)受迫振动的频率与振动系统的固有频率无关.( √ )

(2)驱动力频率越大，振幅越大.( × )

(3)共振只有害处没有好处.( × )

(4)做受迫振动的物体一定会发生共振.( × )

(5)阻尼振动的频率随振幅的减小而不断减小.( × )

2.A、B两个弹簧振子，A的固有频率为f，B的固有频率为4f，若它们均在频率为f的驱动力作用下做受迫振动，则________的振幅较大，A的振动频率是________，B的振动频率是________.

尚水作品 亲爱的同学：这份试卷将再次记录你的自信、沉着、智慧和收获，我们一直投给你信任的目光……

学 习 资 料 专 题

4 阻尼振动 受迫振动

[学习目标] 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.

一、阻尼振动 自由振动

1.阻尼振动

系统在振动过程中受到阻力的作用，振动逐渐消逝，振动能量逐步转变为其他能量，这种振动叫做阻尼振动.

2.自由振动

(1)定义：系统不受外力作用，也不受任何阻力，只在自身回复力作用下的振动.

(2)固有频率：自由振动的频率，由系统本身的特征决定.

二、受迫振动

1.驱动力

加在振动系统上的周期性的外力.

2.受迫振动

(1)定义：系统在驱动力作用下的振动.

(2)受迫振动的周期和频率.

做受迫振动的物体振动稳定后，其振动周期等于驱动力的周期，振动频率等于驱动力的频率，跟系统的固有频率无关(填“有关”或“无关”).

三、共振及其应用和防止

1.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)共振曲线(如图1所示) 尚水作品

图1

2.共振的应用和防止

(1)利用：在需要利用共振时，应使驱动力的频率接近(填“接近”“远离”或“等于”)或等于(填“接近”“远离”或“等于”)振动系统的固有频率.

(2)防止：在需要防止共振时，应使驱动力的频率远离(填“接近”“远离”或“等于”)振动系统的固有频率.

[即学即用]

1.判断下列说法的正误.

(1)受迫振动的频率与振动系统的固有频率无关.( √ )

(2)驱动力频率越大，振幅越大.( × )

(3)共振只有害处没有好处.( × )

(4)做受迫振动的物体一定会发生共振.( × )

(5)阻尼振动的频率随振幅的减小而不断减小.( × )

第5节外力作用下的振动

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。

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

(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：如图所示。

1．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。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。

第4讲 阻尼振动 受迫振动

对阻尼振动的理解

1．若空气阻力不可忽略，单摆在偏角很小的摆动中，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＝2πlg，l、g不变，则T不变，故选项A、D正确．

答案 AD

2．如图1－4－5所示是单摆做阻尼运动的位移—时间图线，下列说法中正确的是

(

)

图1－4－5

A．摆球在P与N时刻的势能相等

B．摆球在P与N时刻的动能相等

C．摆球在P与N时刻的机械能相等

D．摆球在P时刻的机械能小于N时刻的机械能

解析 由于摆球的势能大小由其位移和摆球质量共同决定，P、N两时刻位移大小相同，所以关于平衡位置对称，所以势能相等，A正确；由于系统机械能在减少，P、N势能相同，则P处动能大于N处动能，所以B、C、D错．故正确答案为A.

答案 A

3．如图1－4－6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1－4－6

A.12 s B．14 s

C．2 s D．4 s

解析 受迫振动的周期等于驱动力的周期，故T＝60240 s＝14 s.

答案 B

对共振的理解

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1－4－7所示，则 (

)

图1－4－7

A．此单摆的固有周期约为0.5 s

B．此单摆的摆长约为1 m

C．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

解析 由共振条件知单摆固有频率为f＝0.5 Hz，则其固有周期为T＝1f＝2 s，选项A错；由单摆周期公式T＝2πlg，可求得单摆摆长为l＝gT24π2≈1 m，选项B对；摆长增大，单摆的周期变大，其固有频率变小，共振曲线的峰将向左移动，选项C、D错．