11.5 外力作用下的振动—人教版高中物理选修3-4课件+素材

高考导航 1.基本考察点： 阻尼振动； 2.重难点：受迫振动及其有关计算； 3.题型及难度：一般以选择题或填空题形式出现，属于容易题。 11.5 外力作用下的振动 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（由系统本身的特征决定，与振幅大小无关）。 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。 (3)原因：当振动系统受到阻力作用时，系统克服阻尼作用做功， 消耗机械能，因而振幅减小，最后停下来。 一、阻尼振动 （1）同一简谐运动能量的大小由振幅大小确定； （2）阻尼振动阻尼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； （3）物体作阻尼振动时，振幅虽不断减小，但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； （4）阻尼振动若在一段不太长的时间内，振幅没有明显的减小，可以把它当成简谐 运动来处理。 一、阻尼振动 3．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．振动过程中，机械能不守恒，周期不变 BD 例2.如图所示，是单摆做阻尼振动时的振动图线．下列说法中正确的是（　　） A．摆球在M点所对应时刻的机械能等于在N点所对应时刻的机械能 B．摆球在M点所对应时刻的动能等于在N点所对应时刻的动能 C．摆球在M点所对应时刻的势能等于在N点所对应时刻的势能 D．摆球在摆动过程中动能不断减小 C 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。 二、受迫振动 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。 (3)实例：如收音机喇叭纸盆的振动、钟表的摆动、洗衣机工作时机壳的振动等。 二、受迫振动 例3. 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 B 1．定义：振动系统做受迫运动时，驱动力频率 f 等于系统地固有频率 f0 时，受迫振动的振幅最大，这种现象叫做共振。 2．条件：驱动力的频率等于系统的固有频率，即 f驱 = f0 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。 三、共振 对共振曲线的理解 (1)两坐标轴的意义： 纵轴：受迫振动的振幅。 横轴：驱动力频率。 (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。 三、共振 4．对共振条件的理解 (1)从受力角度看：当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，当驱动力的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。 (2)从功能关系看：当驱动力的频率等于物体的固有频率时，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。 三、共振 例4.如图所示，五个摆悬挂于同一根绷紧的水平绳上，A是摆球质量较大的摆，让它摆动后带动其他摆运动，下列结论正确的是（　　） A．其他各摆的振动周期与A摆的相同 B．其他各摆的振幅都相等 C．其他各摆的振幅不同，E摆的振幅最大 D．其他各摆的振动周期不同，D摆周期最大 AC 例5.物体做受迫振动，驱动力的频率小于物体的固有频率，则当驱动力的频率逐渐增大的过程中，物体的振幅将（　　） A．增大 B．减小 C．先增大后减小 D．先减小后增大 C 四、简谐运动、阻尼振动与受迫振动及共振的比较   简谐运动 阻尼振动 受迫振动 产生条件 不受阻力作用 受阻力作用 受阻力和驱动力作用 频率 固有频率