物理 第一章 机械振动 第4讲 阻尼振动 受迫振动 教科版选修34

第第4讲阻尼振动受迫振动讲阻尼振动受迫振动 目标定位目标定位 1.知道阻尼振动和无阻尼振动并能从能量的观点知道阻尼振动和无阻尼振动并能从能量的观点给予说明给予说明.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.理解共振的概理解共振的概念，知道常见共振的应用和危害念，知道常见共振的应用和危害一、阻尼振动一、阻尼振动1阻尼振动阻尼振动系统在振动过程中受到系统在振动过程中受到_的作用，振动逐渐消逝，的作用，振动逐渐消逝，_逐步转变为其他能量，这种振动叫做逐步转变为其他能量，这种振动叫做_振振动动2自由振动自由振动(无阻尼振动无阻尼振动)系统不受外力作用，也不受任何阻力，只在自身系统不受外力作用，也不受任何阻力，只在自身_作用下的振动作用下的振动阻力阻力 振动能量振动能量 阻尼阻尼 回复力回复力 3固有频率：固有频率：_振动的频率固有频率由振动的频率固有频率由_ _决定决定想一想想一想阻尼振动中，在振幅逐渐减小的过程中，振子的阻尼振动中，在振幅逐渐减小的过程中，振子的周期如何变化？周期如何变化？答案答案不变周期与振幅无关不变周期与振幅无关自由自由 系统本身的系统本身的 特征特征 二、受迫振动二、受迫振动1驱动力：驱动力：_的外力的外力2受迫振动：受迫振动：系统在系统在_作用下的振动作用下的振动3振动稳定后受迫振动的周期总等于振动稳定后受迫振动的周期总等于_的周期，受迫的周期，受迫振动稳定后的频率与物体的固有频率振动稳定后的频率与物体的固有频率_关系关系三、共振三、共振驱动力的频率驱动力的频率_振动物体的固有频率时，受迫振动的振动物体的固有频率时，受迫振动的振幅最大，这种现象叫做振幅最大，这种现象叫做_周期性周期性 驱动力驱动力 驱动力驱动力 没有没有 等于等于 共振共振 想一想想一想自由振动、受迫振动和共振分别对应的周期自由振动、受迫振动和共振分别对应的周期(或频或频率率)是什么？是什么？答案答案自由振动对应固有周期自由振动对应固有周期(或固有频率或固有频率)，受迫振动对，受迫振动对应驱动力的周期应驱动力的周期(或频率或频率)，而共振对应的是驱动力的周期，而共振对应的是驱动力的周期(或频率或频率)与固有周期与固有周期(或频率或频率)相等相等四、共振的应用和防止四、共振的应用和防止在需要利用共振时，应使驱动力的频率在需要利用共振时，应使驱动力的频率_或或_振振动系统的固有频率；在需要防止共振时，应使驱动力的频动系统的固有频率；在需要防止共振时，应使驱动力的频率率_振动系统的固有频率振动系统的固有频率.接近接近 等于等于 远离远离 1阻尼振动是振动系统在阻力的作用下，振幅逐渐减小的振阻尼振动是振动系统在阻力的作用下，振幅逐渐减小的振动动说明：阻尼振动中振幅虽逐渐减小，但振动的频率不会变说明：阻尼振动中振幅虽逐渐减小，但振动的频率不会变化，此频率为固有频率，由振动系统决定化，此频率为固有频率，由振动系统决定2受迫振动是指系统在驱动力作用下的振动做受迫振动的受迫振动是指系统在驱动力作用下的振动做受迫振动的物体的振动频率等于驱动力的频率，与物体的固有频率无物体的振动频率等于驱动力的频率，与物体的固有频率无关关说明：受迫振动中，若周期性的驱动力给系统补充的能量说明：受迫振动中，若周期性的驱动力给系统补充的能量与系统因振动阻尼消耗的能量相等，物体做等幅振动，但与系统因振动阻尼消耗的能量相等，物体做等幅振动，但此振动不是简谐运动此振动不是简谐运动一、阻尼振动和受迫振动一、阻尼振动和受迫振动【例【例1】(多选多选)一单摆在空气中振动，振幅逐渐减小，下列一单摆在空气中振动，振幅逐渐减小，下列说法中正确的是说法中正确的是()A振动能量逐渐转化为其他形式的能振动能量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后一时刻的机械能一定小于前一时刻的机械能解析解析单摆在振动过程中，因不断克服空气阻力做功使振单摆在振动过程中，因不断克服空气阻力做功使振动能量逐渐转化为内能，动能量逐渐转化为内能，A、D正确；虽然单摆总的机械能正确；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，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以不能断言后一时刻的动能(或势能或势能)一定小于前一时刻的一定小于前一时刻的动能动能(或势能或势能)，故，故B、C错误错误答案答案AD解析解析受迫振动的频率等于驱动力的频率，把手转动的频受迫振动的频率等于驱动力的频率，把手转动的频率为率为1 Hz，选项，选项A正确正确答案答案A二、对共振的理解二、对共振的理解1定义定义物体做受迫振动时，当驱动力的频率等于系统的固有频率物体做受迫振动时，当驱动力的频率等于系统的固有频率时，振动的振幅最大，这种现象叫共振时，振动的振幅最大，这种现象叫共振2发生共振的条件发生共振的条件f驱驱f固固，即驱动力的频率等于振动系统的固有频率，即驱动力的频率等于振动系统的固有频率4共振的防止与利用共振的防止与利用(1)利用：由共振的条件知，要利用共振，就应尽量使驱动利用：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、共振转速计力的频率与物体的固有频率一致如共振筛、共振转速计等等(2)防止：由共振曲线可知，在需要防止共振危害时，要尽防止：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：部队过桥应便步走好如：部队过桥应便步走说明：共振是物体做受迫振动时的一种特殊现象说明：共振是物体做受迫振动时的一种特殊现象解析解析A振动起来后，使得振动起来后，使得B、C、D、E做受迫振动，振动做受迫振动，振动的频率都等于的频率都等于A振动的频率，即各摆振动的周期都相等，振动的频率，即各摆振动的周期都相等，选项选项C错误，错误，D正确；由于正确；由于D与与A的摆长相差最大，的摆长相差最大，E与与A的的摆长相等，所以摆长相等，所以D的振幅最小，的振幅最小，E发生共振，振幅最大，选发生共振，振幅最大，选项项A错误，错误，B正确正确答案答案BD【例【例4】(多选多选)如图如图4所示一弹簧振子做受迫振动时的振幅与所示一弹簧振子做受迫振动时的振幅与驱动力频率的关系，由图可知驱动力频率的关系，由图可知()图图4A驱动力频率为驱动力频率为f2时，振子处于共振状态时，振子处于共振状态B驱动力频率为驱动力频率为f3时，振子的振动频率为时，振子的振动频率为f3C假如让振子自由振动，它的频率为假如让振子自由振动，它的频率为f2D振子做自由振动时，频率可以为振子做自由振动时，频率可以为f1、f2、f3解析解析由题图可知当驱动力的频率为由题图可知当驱动力的频率为f2时，振子的振幅最时，振子的振幅最大，即振子发生共振现象，故大，即振子发生共振现象，故A正确；由共振条件知振子正确；由共振条件知振子的固有频率为的固有频率为f2，所以，所以C正确，正确，D错误；振子做受迫振动错误；振子做受迫振动时，振动频率由驱动力的频率决定，故时，振动频率由驱动力的频率决定，故B正确正确答案答案ABC