1、-1-4.阻尼振动 受迫振动-2-4.阻尼振动 受迫振动 目标导航 ZHISHISHULI知识梳理 ZHONGNANJUJIAO重难聚焦 SUITANGYANLIAN随堂演练 DIANLITOUXI典例透析 1.知道什么叫固有频率,理解“固有”的含义.2.知道什么叫阻尼振动,会从能量变化的角度分析阻尼振动产生的原因.3.理解驱动力的概念.4.了解受迫振动及其特点.5.了解共振,理解共振发生的条件,知道常见共振的应用和危害.-3-4.阻尼振动 受迫振动 ZHISHISHULI知识梳理 ZHONGNANJUJIAO重难聚焦 SUITANGYANLIAN随堂演练 DIANLITOUXI典例透析 目标
2、导航(1)阻尼振动 概念:系统在振动过程中受到阻力的作用,振动逐渐消逝,振动能量逐步转变为其他能量,这种振动叫做阻尼振动实际振动的处理:实际物体在振动过程中,一般做阻尼振动.当阻尼很小时,在不太长的时间内看不出振幅有明显的减小,可以把它当作简谐运动处理1.阻尼振动 -4-4.阻尼振动 受迫振动 ZHISHISHULI知识梳理 ZHONGNANJUJIAO重难聚焦 SUITANGYANLIAN随堂演练 DIANLITOUXI典例透析 目标导航(2)自由振动 概念:系统不受外力作用(也不受任何阻力),只在自身回复力作用下的振动,称为自由振动,又叫做无阻尼振动固有频率:自由振动的频率,叫做系统的固有
3、频率,它由系统本身的特征决定秋千自由摆动时,振幅会越来越小,这是为什么?提示:由于秋千在摆动时,受空气的阻碍作用,所以振幅会越来越小.-5-4.阻尼振动 受迫振动 ZHISHISHULI知识梳理 ZHONGNANJUJIAO重难聚焦 SUITANGYANLIAN随堂演练 DIANLITOUXI典例透析 目标导航 2.受迫振动(1)概念:系统在驱动力作用下的振动叫做受迫振动.(2)频率:做受迫振动的物体,振动稳定后的频率等于驱动力的频率,而跟物体的固有频率没有关系.(3)共振 条件:驱动力的频率等于振动物体的固有频率特征:共振时受迫振动的振幅最大应用和防止:在需要利用共振时,应使驱动力的频率接近
4、或等于振动系统的固有频率;在需要防止共振时,应使驱动力的频率远离振动系统的固有频率-6-4.阻尼振动 受迫振动 ZHISHISHULI知识梳理 ZHONGNANJUJIAO重难聚焦 SUITANGYANLIAN随堂演练 DIANLITOUXI典例透析 目标导航 跳水运动员在跳板比赛中,会有节奏地踏板.这是为什么?提示:对踏板产生周期性变化的驱动力而产生共振,让运动员产生足够大的起跳速度.-7-4.阻尼振动 受迫振动 ZHISHISHULI知识梳理 ZHONGNANJUJIAO重难聚焦 SUITANGYANLIAN随堂演练 DIANLITOUXI典例透析 目标导航 探究一 探究二 阻尼振动与简谐
5、运动的比较 振动类型比较项目 阻尼振动 简谐运动 产生原因 受到阻力作用 不受阻力作用 振幅 如果没有能量补充,物体的振幅会越来越小 振幅不变 振动能量 有损失 保持不变 振动频率 不变 不变 振动图像 实例 汽车上的减振器的振动 弹簧振子在光滑面上的振动 -8-4.阻尼振动 受迫振动 ZHISHISHULI知识梳理 ZHONGNANJUJIAO重难聚焦 SUITANGYANLIAN随堂演练 DIANLITOUXI典例透析 目标导航 探究一 探究二 温馨提醒(1)阻尼振动中振幅虽逐渐减小,但振动的频率不会变化,此频率称为固有频率,由振动系统决定.(2)是否是阻尼振动,关键是看振幅是否逐渐减小.
6、-9-4.阻尼振动 受迫振动 ZHISHISHULI知识梳理 ZHONGNANJUJIAO重难聚焦 SUITANGYANLIAN随堂演练 DIANLITOUXI典例透析 目标导航 探究一 探究二 对共振现象的进一步理解 1.自由振动、受迫振动、共振的比较 振动类型比较项目 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 振动能量 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
7、或单摆 机器运转时底座发生的振动 共振筛、声音的共鸣等 -10-4.阻尼振动 受迫振动 ZHISHISHULI知识梳理 ZHONGNANJUJIAO重难聚焦 SUITANGYANLIAN随堂演练 DIANLITOUXI典例透析 目标导航 探究一 探究二 2.共振曲线的理解 如图所示,以驱动力频率为横坐标,以受迫振动的振幅为纵坐标.它直观地反映了驱动力频率对受迫振动振幅的影响,由图可知,f驱与f固越接近,振幅A越大;当f驱=f固时,振幅A最大.-11-4.阻尼振动 受迫振动 ZHISHISHULI知识梳理 ZHONGNANJUJIAO重难聚焦 SUITANGYANLIAN随堂演练 DIANLIT
8、OUXI典例透析 目标导航 探究一 探究二 3.共振的应用与防止(1)共振的应用.在应用共振时,应使驱动力的频率接近或等于振动系统的固有频率,振动将更剧烈.如荡秋千时,驱动力的频率每次都与荡秋千的方向一致,秋千会越荡越高,其他例子还有生产、生活中的共振筛、音箱、各种乐器等.(2)共振的防止.在防止共振时,应使驱动力的频率与系统的固有频率相差越大越好.当驱动力的频率容易改变时,改变驱动力的频率,以增大驱动力的频率和系统固有频率的差别,达到防止共振的目的.如部队过桥时用便步;火车过桥时减速.若驱动力的频率不便调节,设法改变物体的固有频率.如海边的一些高大建筑,建筑时使它的固有频率远远偏离周围环境中
9、常出现的一些驱动力的频率(如海风),以保护建筑物.-12-4.阻尼振动 受迫振动 ZHISHISHULI知识梳理 ZHONGNANJUJIAO重难聚焦 SUITANGYANLIAN随堂演练 DIANLITOUXI典例透析 目标导航【例题1】一单摆在空气中振动,振幅逐渐减小.下列说法正确的是()A.机械能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 C.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 解析:单摆在振动过程中,因不断克服空气阻力做功,使机械能逐渐转化为内能,故选项A、D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
10、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,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(或势能)一定小于前一时刻的动能(或势能),故选项B、C错误.答案:AD 反思阻尼振动的特点:(1)振幅逐渐减小,(2)振动频率不随时间变化.-13-4.阻尼振动 受迫振动 ZHISHISHULI知识梳理 ZHONGNANJUJIAO重难聚焦 SUITANGYANLIAN随堂演练 DIANLITOUXI典例透析 目标导航【例题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 2
11、 Hz;然后以60 r/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.0.25 s B.0.5 s C.1 s D.2 s-14-4.阻尼振动 受迫振动 ZHISHISHULI知识梳理 ZHONGNANJUJIAO重难聚焦 SUITANGYANLIAN随堂演练 DIANLITOUXI典例透析 目标导航 解析:匀速转动摇把,转速为60 r/min,故转动频率为 f=n=60 r/min=1 r/s=1 Hz 受迫振动的频率等于驱动力的频率,故振子振动稳定后它的振动频率为1 Hz,故周期为 T=1=1 s.答案:C 反思(1)自由振动的周期等于振动质点的固有周期;(2)受迫振动
12、的周期等于驱动力的周期,与固有周期无关.-15-4.阻尼振动 受迫振动 ZHISHISHULI知识梳理 ZHONGNANJUJIAO重难聚焦 SUITANGYANLIAN随堂演练 DIANLITOUXI典例透析 目标导航 1 2 3 4 51一单摆做阻尼振动,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 解析:该题考查阻尼振动的能量和周期.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-16-4.阻尼振动 受迫振动 ZHISHISHULI知识
13、梳理 ZHONGNANJUJIAO重难聚焦 SUITANGYANLIAN随堂演练 DIANLITOUXI典例透析 目标导航 1 2 3 4 52一个弹簧振子做受迫振动时振幅与驱动力频率之间的关系如图所示,由图可知()A.振子振动频率为f2时,它处于共振状态 B.驱动力频率为f3时,振子振动频率为f3 C.若撤去驱动力让振子做自由振动,则振子的振动频率是f3 D.振子做自由振动的频率可以为f1、f2、f3 解析:由题意可知,当驱动力的频率变化时,做受迫振动物体的振幅在变化,当驱动力频率为f2时,受迫振动的振幅最大,即发生共振现象,故选项A正确;做受迫振动的频率等于驱动力的频率,选项B正确;若撤去
14、外力,物体自由振动,其频率为其固有频率,即应为f2,故选项C、D错误.答案:AB-17-4.阻尼振动 受迫振动 ZHISHISHULI知识梳理 ZHONGNANJUJIAO重难聚焦 SUITANGYANLIAN随堂演练 DIANLITOUXI典例透析 目标导航 1 2 3 4 53在飞机的发展史中有一个阶段,飞机上天后不久,飞机的机翼(翅膀)会很快就抖动起来,而且越抖越厉害.后来人们经过艰苦的探索,利用在飞机机翼前缘处装置一个配重杆的方法,解决了这一问题.在飞机机翼前装置配重杆的目的主要是()A.加大飞机的惯性 B.使机体更加平衡 C.使机翼更加牢固D.改变机翼的固有频率 解析:飞机抖动得厉害
15、是因为发生了共振现象,想要解决这一问题需要使系统的固有频率与驱动力的频率差别增大,在飞机机翼前缘处装置一个配重杆,改变的是机翼的固有频率,故选项D正确.答案:D-18-4.阻尼振动 受迫振动 ZHISHISHULI知识梳理 ZHONGNANJUJIAO重难聚焦 SUITANGYANLIAN随堂演练 DIANLITOUXI典例透析 目标导航 1 2 3 4 54如图所示,四个摆长分别为l1=3 m、l2=2.5 m、l3=2 m、l4=1.5 m的单摆的摆球质量相同,悬于同一根横线上.现以摆3为驱动摆,让摆3振动,使其余三个摆也振动起来.则摆球振动稳定后()A.摆1的振幅一定最大B.摆4的周期一
16、定最短 C.四个摆的振幅相同D.四个摆的周期相同-19-4.阻尼振动 受迫振动 ZHISHISHULI知识梳理 ZHONGNANJUJIAO重难聚焦 SUITANGYANLIAN随堂演练 DIANLITOUXI典例透析 目标导航 1 2 3 4 5解析:以摆3为驱动摆,其余摆做受迫振动,振动周期等于驱动力的周期,故四个摆的周期相同,故B错误,D正确;受迫振动中,与驱动力的周期越接近,振幅越大,由单摆的周期公式 T=2 知,与摆 1 进行比 较,摆2的固有周期与驱动力的周期更加接近,故摆1的振幅小于摆2的振幅,A、C错误.答案:D-20-4.阻尼振动 受迫振动 ZHISHISHULI知识梳理 ZHONGNANJUJIAO重难聚焦 SUITANGYANLIAN随堂演练 DIANLITOUXI典例透析 目标导航 1 2 3 4 55如图所示为一单摆的共振曲线,共振时单摆的振幅是多大?该单摆的摆长约为多少?(g取10 m/s2)解析:从共振曲线可知:单摆发生共振时,振幅Am=8 cm.单摆的固有频率 f=0.5 Hz,因为 f=12 ,所以l=422,代入数据解得l=1 m.答案:8 cm 1 m
