2.5阻尼振动 受迫振动 课件-2023-2024学年高二上学期物理教科版（2019）选择性必修第一册

5．阻尼振动 受迫振动 （1）手柄不动，只拉一下振子。属于什么振动？ （2）手柄匀速摇动，振幅会有什么变化？ （3）用不同的转速匀速转动手柄，振子的振动有何不同？ 一 、简谐运动、阻尼振动和受迫振动 1．三种振动的理解。 （1）简谐运动是一种理想化的模型，物体运动过程中的一切阻力都不考虑。 （2）阻尼振动考虑阻力的影响，是更实际的一种运动。 （3）受迫振动是物体做阻尼振动时受到周期性驱动力作用下的振动。 2．三种振动的比较。 例1 　 一单摆做阻尼振动，则在振动过程中（ ） A．振幅越来越小，频率也越来越小 B．振幅越来越小，频率不变 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 例2 　 如图所示，在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，让振子自由上下振动，测得其频率为2Hz；然后以60r/min的转速匀速转动摇把，当振子振动稳定时，它的振动周期为（ ） A．0.25s B．0.5s C．1s D．2s 二 、共振及其应用和防止 1．共振的条件。 驱动力的频率与系统的固有频率相等，即f驱＝f固。 2．共振曲线。 如图所示，共振曲线的横坐标为驱动力的频率，纵坐标为受迫振动的振幅。 （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，驱动力的每一次作用都使物体的振幅增加，从而使振幅达到最大。 （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。 （3）f0的意义：表示固有频率。 （4）认识曲线的形状：f＝f0，共振；f＞f0或f＜f0，振幅较小；f与f0相差越大，振幅越小。 3．共振的利用和防止。 （1）利用：由共振的曲线知，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，如部队过桥时应便步走。 说明：共振是物体做受迫振动时的一种特殊现象。 例3 如图所示，在一根张紧的水平绳上悬挂五个摆，其中A、E的摆长为l，B的摆长为0.5l，C的摆长为1.5l，D的摆长为2l。先使A振动起来，其他各摆随后也振动起来，则摆球振动稳定后（ ） A．D的振幅一定最大 B．E的振幅一定最大 C．B的周期一定最短 D．其余四个摆的周期相同 例4 下列关于共振和防止共振的说法，正确的是（ ） A．共振现象总是有害的，所以要避免共振现象发生 B．队伍过桥要慢行是为了不产生周期性的驱动力，从而避免产生共振 C．火车过桥慢行是为了使驱动力的频率远小于桥的固有频率，从而避免产生共振 D．利用共振时，应使驱动力的频率接近或等于振动物体的固有频率；防止共振危害时，应使驱动力的频率远离振动物体的固有频率 例5 一砝码和一轻弹簧构成弹簧振子，如图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。若保持把手不动，给砝码一向下的初速度，砝码便做简谐运动，振动图线如图2（甲）所示。当把手以某一速度匀速转动，砝码的受迫振动达到稳定时，振动图线如图2（乙）所示。 若用T0表示弹簧振子的固有周期，T表示驱动力的周期，Y表示受迫振动达到稳定后砝码振动的振幅，则（ ） A．由图线可知T0＝4s B．由图线可知T0＝8s C．当T在4s附近时，Y显著增大；当T比4s小得多或大得多时，Y很小 D．当T在8s附近时，Y显著增大；当T比8s小得多或大得多时，Y很小 例6 把一个筛子用四根弹簧支起来，筛子上安一个电动偏心轮，它每转一周，就给筛子一个驱动力，这样就做成了一个共振筛，如图所示。筛子做自由振动时，完成10次全振动用时15s。在某电压下，电动偏心轮转速是36r/min。已知增大电压可使偏心轮转速提高；增加筛子质量，可以增大筛子的固有周期。那么，要使筛子的振幅增大，下列做法正确的是（ ） A．提高输入电压 B．降低输入电压 C．增加筛子质量 D．减小筛子质量 三、课堂小结 1．本节课主要学习了简谐运动、阻尼振动、无阻尼振动。 2．本节课也学习了共振的应用与防止。 振动类型 比较项目 简谐运动 阻尼振动