沪教版高中物理选修3-4 1.5受迫振动与共振_学案3

受迫振动和共振
【学习目标】
1．了解振动中的能量损失；
2．利用实验探究受迫振动的规律；
3．理解共振现象利用实验探究共振发生的条件。
【学习重难点】
1．掌握阻尼振动的概念并知道阻尼振动中的能量转化的情况；
2．知道受迫振动的频率等于驱动力的频率；与固有频率无关；
3．知道发生共振的条件；知道共振的应用和了解防止共振的实例。
【学习过程】


一、振动的分类
按振子受力的不同可将振动分为：
1．自由振动(又称固有振动)
回复力是系统内部的相互作用力，弹簧振子的____________是系统内部的力，单摆的____________也是系统内部的力。
2．阻尼振动
系统受到摩擦力或其他阻力，系统克服阻尼的作用要消耗____________，因而________减小，最后停下来，阻尼振动的图像如图所示。
物体做阻尼振动时，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。例如：用力敲锣，由于锣受到空气的阻尼作用，振幅起来越小，锣声减弱，但音调不变。
3．受迫振动
如系统受到周期性外力的作用，就可以利用外力对系统做功，补偿系统因阻尼作用而损失的能量，使系统持续地振动下去。
这种周期性的外力叫________。
系统在驱动力作用下的振动叫____________。
二、受迫振动的频率
系统做受迫振动的频率总是等于____________的频率，与系统的____________无关。
三、共振
系统做受迫振动时，如果驱动力的频率可以调节，把不同频率的驱动力先后作用于同一个振动系统，其受迫振动的振幅将不同，如图是共振曲线图。____________是物体的固有频率，横轴表示____________的频率，当____________时物体的振幅最大，f驱与f固差____________，物体做受迫振动的振幅____________。
驱动力频率f____________系统的固有频率f0时，受迫振动的振幅____________，这种现象叫做共振。
四、共振的应用与防止
1．共振的应用：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、共鸣箱、核磁共振仪等。
2．共振的防止：由共振曲线可知，在需要防止共振时，要尽量使驱动力的频率和物体振动的固有频率不相等，而且相差越多越好。
如：部队过桥时，为避免周期性的驱动力使桥发生共振，应便步走。
3．自由振动、受迫振动和共振的关系比较
振动类型
自由振动
受迫振动
共振
受力情况
仅受回复力
周期性驱动力作用
周期性驱动力作用
振动周期
或频率
由系统本身性质决定，即固有周期或固有频率
由驱动力的周期或频率决定，即T＝T驱或f＝f驱
T驱＝T固或f驱＝f固
振动量
振动物体的机械能不变
由产生驱动力的物体提供
振动物体获得的能量最大
常见例子
弹簧振子或单摆(θ≤10°)
机械工作时底座发生的振动
共振筛、转速计等
【达标检测】
1．下列说法中正确的是( )
A．实际的自由振动必然是阻尼振动
B．在外力作用下的振动是受迫振动
C．阻尼振动的振幅越来越小
D．受迫振动稳定后的频率与自身物理条件无关
2．下列振动，属于受迫振动的是( )
A．用重锤敲击一下悬吊着的钟后，钟的振动
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
3．把一个筛子用四根弹簧支起来，筛子上装一个电动偏心轮，它每转一周给筛子一个驱动力，这就做成了一个共振筛，筛子自由振动时，完成20次全振动用15 s，在某电压下，电动偏心轮转速是88 r/min，已知增大电动偏心轮的电压，可以使其转速提高：增加筛子质量，可以增大筛子的固有周期，要使筛子振幅增大，下列做法中正确的有( )
①降低输入电压 ②提高输入电压 ③增加筛子质量 ④减小筛子质量
A．①③ B．①④ C．②③ D．②④
4．在图中，当A振动起来后，通过水平绳迫使B．C振动，下列说法中正确的是( )
A．只有A．C的振动周期相等
B．A的振幅比B小
C．C振动的振幅比B大
D．A．B．C的振动周期相等
5．某振动系统的固有频率为f0，在周期性驱动力作用下做受迫振动，驱动力的频率为f。若驱动力的振幅保持不变，下列说法正确的是( )
A．当fB．当f>f0时，该振动系统的振幅随f减小而增大
C．该振动系统的振动稳定后，振动的频率等于f0
D．该振动系统的振动稳定后，振动的频率等于f
6．实验室可以做“声波碎杯”的实验。用手指轻弹一只酒杯，可以听到清脆的声音，测得这声音的频率为500 Hz。将这只酒杯放在两只大功率的声波发生器之间，操作人员通过调整其发出的声波，就能使酒杯碎掉。下列说法中正确的是( )
A．操作人员一定是把声波发生器的功率调到很大
B．操作人员可能是使声波发生器发出了频率很高的超声波
C．操作人员一定是同时增大了声波发生器发出声波的频率和功率
D．操作人员一定要将声波发生器发出的声波频率调到500 Hz
7．如图为单摆在两次受迫振动中的共振曲线，则下列说法正确的是( )
A．若两次受迫振动分别在月球上和地球上进行，且摆长相同，则图线Ⅰ表示月球上单摆的共振曲线。
B．若两次受迫振动是在地球上同一地点进行，则两次摆长之比lⅠ∶lⅡ＝25∶4
C．图线Ⅱ若是在地面上完成的，则该摆摆长约为1 m
D．若摆长均为1 m，则图线Ⅰ是在地面上完成的
8．如果把人当一个整体来看，在水平方向的固有频率为3 Hz～6 Hz，竖直方向的固有频率为4 Hz～8 Hz，拖拉机驾驶员，风镐、风铲、铆钉机等操作工在工作时将做________振动，这些操作工的振动频率跟振动源的频率________。为保障操作工的安全与健康，有关部门作出规定：用手操作的各类振动机械的频率必须大于20 Hz，这是为了防止发生________造成对人体健康的危害。