第11章 第5课时 外力作用下的振动-【创新设计】2019版同步课堂讲义物理（人教版选修3-4）浙江专用

第5课时　外力作用下的振动 [研究选考·把握考情] 知识内容[来源:学科网ZXXK] 外力作用下的振动[来源:Z+xx+k.Com][来源:学,科,网][来源:学*科*网Z*X*X*K][来源:学科网ZXXK] 考试要求[来源:学科网][来源:学科网][来源:Z。xx。k.Com] 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。 3.受迫振动的频率：不管系统的固有频率如何，它做受迫振动的频率总等于周期性驱动力的频率，与系统的固有频率无关。 4.共振：驱动力频率f 等于系统的固有频率f0时，受迫振动的振幅最大，这种现象叫做共振。 [要 点 精 讲] 1.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，但此振动不是简谐运动。 2.对共振现象的理解 (1)发生共振的条件 f驱＝f固，即驱动力的频率等于振动系统的固有频率。 (2)共振曲线(如图1所示) 图1 3.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。 说明：共振是物体做受迫振动时的一种特殊现象。 【例1】 如图2所示的装置，弹簧振子的固有频率是4 Hz。现匀速转动把手，给弹簧振子以周期性的驱动力，测得弹簧振子振动达到稳定时的频率为1 Hz，则把手转动的频率为(　　) 图2 A.1 Hz B.3 Hz C.4 Hz D.5 Hz 解析　受迫振动的频率等于驱动力的频率，把手转动的频率为1 Hz，选项A正确。 答案　A 【例2】 如图3甲所示，竖直圆盘转动时，可带动固定在圆盘上的T形支架在竖直方向振动，T形支架的下面系着一个弹簧和小球，共同组成一个振动系统。当圆盘静止时，小球可稳定振动。现使圆盘以4 s的周期匀速转动，经过一段时间后，小球振动达到稳定。改变圆盘匀速转动的周期，弹簧和小球系统的共振曲线(振幅A与驱动力的频率f的关系)如图乙所示，则(　　) 图3 A.此振动系统的固有频率约为3 Hz B.此振动系统的固有频率约为0.25 Hz C.若圆盘匀速转动的周期增大，系统的振动频率不变 D.若圆盘匀速转动的周期增大，共振曲线的峰值将向右移动 解析　当驱动力的频率与振动系统的固有频率相同时，振幅最大，所以固有频率约为3 Hz，选项A正确，B错误；受迫振动的振动周期由驱动力的周期决定，所以圆盘匀速转动的周期增大，系统的振动频率减小，选项C错误；系统的固有频率不变，共振曲线的峰值位置不变，选项D错误。 答案　A 【跟踪训练】 如图4表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(　　) 图4 A.驱动力频率为f2时，振子处于共振状态 B.驱动力频率为f3时，振子的振动频率为f3 C.假如让振子自由振动，它的频率为f2 D.振子做自由振动时，频率可以为f1、f2、f3 解析　由题图可知当驱动力的频率为f2时，振子的振幅最大，即振子发生共振现象，故A正确；由共振条件知振子的固有频率为f2，所以C正确，D错误；振子做受迫振动时，振动频率由驱动力的频率决定，故B正确。 答案 ABC　 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。位移做周期性变化，不是一直减小。根据单摆周期公式T＝2π，l、g不变，则T不变，故选项A、D正确。 答案　AD 2.如图5所示是单摆