单摆受迫振动
高考物理总复习第53讲实验十一单摆的周期与摆长的关系受迫振动和共振讲义word版本
第 53 讲实验十一单摆的周期与摆长的关系受迫振动和共振考情分析观察内容考纲领求观察年份观察详情能力要求实验、研究：单摆的周期与摆长的关系T12( B)(2)－解答，理解、实验与研究受迫振动和共振Ⅰ14 年单摆的周期与摆长的关系知识整合一、单摆1．定义：假如细线的质量与小球对比可以 ____________，球的直径与线的长度对比也可以 ____________，这样的装置就叫做单摆．单摆是实质摆的 ____________模型．2．回复力供给：单摆振动时的回复力由 ____________供给．3．在摆角小于10°时，单摆的振动可看作简谐运动．二、单摆周期公式L1．表达式： T＝ 2πg，单摆周期取决于________和________，与振幅和小球质量________．2．摆长：从 ________到 ________的距离．3． g：当地的重力加快度．三、用单摆测定重力加快度1．实验目的用单摆测定重力加快度．2．实验原理单摆在偏角很小( 不超出 10°) 时的摇动，可以为是简谐运动，其固有周期为________，由此可得g＝ ________. 只要测出摆长L 和周期 T，即可算出当地的重力加快度值．3．实验器械长约 1 m的细丝线一条，经过球心开有小孔的金属小球一个、带有铁夹的铁架台一个，________一把， ________一块．4．实验步骤(1)让线的一端穿过小球的小孔，而后打一个比小孔大一些的线结，做成单摆；(2)把线的上端用铁夹固定在铁架台上，把铁架台放在实验桌边，使铁夹伸到桌面之外，让摆球 ________，在单摆均衡地点处做上标志；(3)用刻度尺丈量单摆的摆长 ( 悬点到球心间的距离 ) ；(4)把单摆从均衡地点拉开一个很小的角度 ( 不超出 10° ) ，而后松开小球让它摇动，再用秒表测出单摆完成 30 次或 50 次全振动的时间，计算出均匀完成一次全振动的时间，这个时间就是单摆的________；(5)改变摆长，重做几次实验；(6)依据单摆的周期公式，计算出每次实验的重力加快度，求出几次实验获取的重力加快度的均匀值，即是当地区的重力加快度的值；(7)将测得的重力加快度数值与当地重力加快度值加以比较，分析产生偏差的可能原因．5．注意事项(1)摆线不可以很短或过长或易伸长、摆长应是悬点到球心间的距离．摆球用密度大、直径小的金属球．(2)摆球摇动时应使偏角不超出10°，且在同一竖直面内，不要形成圆锥摆，摆中悬点不可以松动．(3)积累法测周期时，应从最低地点开始计时和记录全振动次数．(4)使用秒表方法是三次按按钮：一是“走时”，二是“停止”，三是“复零”．读数：先读分针刻度 ( 包含半分钟 ) ，再读秒针刻度 ( 最小刻度为 0.1 s，不要再估读 ) ．(5) 办理数据时，采纳图象法，画出T2- L 图象，求得直线的斜率k，即有 g＝ 4π2/k.6．偏差分析(1)本实验系统偏差主要本源于单摆模型自己能否吻合要求．即：悬点能否固定，摆球能否可看作质点，球、线能否吻合要求，振动是圆锥摆还是在同一竖直平面内振动以及丈量哪段长度作为摆长等等．只要注意了上边这些问题，就可以使系统偏差减小到远远小于有时偏差而达到忽视不计的程度．(2)本实验有时偏差主要来自时间 ( 即单摆周期 ) 的丈量上，所以，要注意测准时间 ( 周期) ．要从摆球经过均衡地点开始计时，并采纳倒数计时计数的方法，不可以多计或漏计振动次数．为了减小有时偏差，应进行多次丈量后取均匀值．(3)本实验中进行长度 ( 摆线长、摆球的直径 ) 的丈量时，读数读到毫米位即可 ( 即便用游标卡尺测摆球直径也只要读到毫米位 ) ．时间的丈量中，秒表读数的有效数字的末位在“秒”的十分位即可．四、振动的分类按振子受力的不一样可将振动分为：1．自由振动 ( 又称固有振动 )回复力是系统内部的互相作用力，没有附带其余的外力作用．弹簧振子的____________是系统内部的力，单摆的________________也是系统内部的力．2．阻尼振动系统遇到摩擦力或其余阻力，系统战胜阻尼的作用要耗费________，因此 ________减小，最后停下来，阻尼振动的图象以以下图．物体做阻尼振动时，振幅虽不停减小，但振动的频率仍由自己结构特色所决定，其实不会随振幅的减小而变化．比方：用力敲锣，因为锣遇到空气的阻尼作用，振幅起来越小，锣声减弱，但音调不变．3．受迫振动(1)定义：如系统遇到周期性外力的作用，就可以利用外力对系统做功，赔偿系统因阻尼作用而损失的能量，使系统连续地振动下去．这类周期性的外力叫________．系统在驱动力作用下的振动叫________．(2)特色：系统做受迫振动的频率老是等于________的频率，与系统的________没关．五、共振1．共振：系统做受迫振动时，假如驱动力的频率可以调理，把不一样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一样，驱动力频率f________ 系统的固有频率 f 0时，受迫振动的振幅________，这类现象叫做共振．2．共振曲线：横轴表示 ________ 的频率，当 ________时物体的振幅最大．图中 ________是物体的固有频率． f 驱与 f 固相差越大，物体做受迫振动的振幅________．3．共振的应用与防范(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)共振的防范：由共振曲线可知，在需要防范共振时，要尽量使驱动力的频率和物体振动的固有频率不相等，并且相差越多越好．如：队伍过桥时，为防范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种类项目自由振动受迫振动共振受力状况仅受回复力周期性驱动力作用周期性驱动力作用由系统自己性质决由驱动力的周期或频振动周期或频率定，即固有周期或固率决定，即 T＝ T 驱或 f T 驱＝ T 固或 f 驱＝ f 固有频率＝ f 驱振动能量振动物体的机械能不由产生驱动变力的物体供给振动物体获取的能量最大常有例子弹簧振子或单摆机械工作时底座发生共振筛、转速计等( θ ≤ 10°)的振动方法技巧考点1单摆【典型例题1】某单摆由 1 m长的摆线连接一个直径 2 cm的铁球构成，关于单摆周期，以下说法正确的选项是()A．用等大的铜球取代铁球，单摆的周期不变B．用大球取代小球，摆长会变化，单摆的周期不变C．摆角从5°改为3°，单摆的周期会变小D．将单摆从赤道移到北极，单摆的周期会变大1. 以以下图，圆滑轨道的半径为 2 m， C 点为圆心正下方的点，A、 B 两点与 C 点相距分别为 6 cm与 2 cm， a、 b 两小球分别从A、B 两点由静止同时开释，则两小球相碰的地点是()A．C点B．C点右边C．C点左边D．不可以确立【典型例题2】用单摆测定重力加快度的实验如图 1 所示．(1)( 多项选择 ) 组装单摆时，应在以下器械中采纳______( 选填选项前的字母 ) ．A．长度为 1 m左右的细线B．长度为30 cm左右的细线C．直径为cm的塑料球．直径为cm 的铁球D图1图2图3(2) 测出悬点O 到小球球心的距离( 摆长 )L 及单摆完成n 次全振动所用的时间t. 则重力加快度g＝ ____________ ．( 用 L， n， t 表示 )(3)下表是某同学记录的 3 组实验数据，并做了部分计算办理．组次123摆长 L/ cm50 次全振动时间 t/s振动周期 T/ s重力加快度 g/( ·s－ 2)m请计算出第 3 组实验中的 T＝ ______， g＝ ______ /2；s m s(4) 用多组实验数据做出T2- L 图象，也可以求出重力加快度g，已知三位同学做出的T2- L 图线的表示图如图 2 中的 a，b， c 所示，此中 a 和 b 平行， b 和 c 都过原点，图线 b对应的 g 值最凑近当地重力加快度的值．则有关于图线b，以下分析正确的选项是( 选填选项前的字母 )()．出现图线 a 的原由可能是误将悬点到小球下端的距离记为摆长LAB．出现图线c的原由可能是误将49次全振动记为50 次．图线 c 对应的 g 值小于图线 b 对应的 g 值C(5) 某同学在家里测重力加快度，他找到细线和铁锁，制成一个单摆，如图 3 所示，因为家里只有一根量程为30 cm的刻度尺，于是他在细线上的 A 点做了一个标志，使得悬点 O到 A 点间的细线长度小于刻度尺量程．保持该标志以下的细线长度不变，经过改变 O、A 间细线长度以改变摆长．实验中，当O、A 间细线的长度分别为l 1、l 2时，测得相应单摆的周期为 T1、T2. 由此可得重力加快度g＝ ____________( 用 l 1、l 2、 T1、 T2表示 ) ．考点 2受迫振动和共振【典型例题3】 (16年扬州一模 )( 多项选择 ) 以以下图， A、 B、C 三个小钢球的质量分别1为 2m、2m、m，A 球振动后，经过张紧的水平细绳给其余各摆施加驱动力．当B、C 振动达到稳准时，以下说法中正确的选项是 ()A．B的振动周期最大B．C的振幅比B的振幅小C．C的振幅比B的振幅大D．A、B、C的振动周期相等【典型例题4】( 多项选择 ) 如图为单摆在两次受迫振动中的共振曲线，则以下说法正确的是()A．若两次受迫振动分别在月球上和地球长进行，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l Ⅰ∶ l Ⅱ＝ 25∶4 C．图线Ⅱ假如在地面上完成的，则该摆摆长约为 1 mD．若摆长均为 1 m，则图线Ⅰ是在地面上完成的2.( 多项选择 ) 将测力传感器接到计算机上可以丈量快速变化的力，将单摆挂在测力传感器的探头上，测力探头与计算机连接，用此方法测得的单摆摇动过程中摆线上2拉力的大小随时间变化的曲线以以下图，g 取 10 m/ s . 某同学由此图象供给的信息做出了以下判断，此中正确的选项是()A．摆球的周期T＝sB．单摆的摆长l ＝ 1 mC．t＝s 时摆球正经过最低点D．摆球运动过程中周期愈来愈小当堂检测 1. 以以下图，把两个弹簧振子悬挂在同一支架上，已知甲弹簧振子的固有频率为8 Hz，乙弹簧振子的固有频率为72 Hz，当支架在遇到竖直方向且频率为9 Hz 的驱动力作用下做受迫振动时，两个弹簧振子的振动状况是()第 1题图A．甲的振幅较大，且振动频率为8 HzB．甲的振幅较大，且振幅频率为9 HzC．乙的振幅较大，且振动频率为9 HzD．乙的振幅较大，且振幅频率为72 Hz2． ( 多项选择 ) 以下说法正确的选项是()A．在同一地点，单摆做简谐振动的周期的平方与其摆长成正比B．弹簧振子做简谐振动时，振动系统的势能与动能之和保持不变C．在同一地点，当摆长不变时，摆球质量越大，单摆做简谐振动的周期越小D．系统做稳固的受迫振动时，系统振动的频率等于周期性驱动力的频率3．一个理想的单摆，已知其周期为T. 假如因为某种原由( 如转移到其余星球) 自由落体运动的加快度变为本来的1/2 ，振幅变为本来的1/3 ，摆长变为本来的1/4 ，摆球质量变为本来的1/5 ，它的周期变为__________ ．4．如图是一个单摆的共振曲线，此单摆的固有周期T 是 ________s，若将此单摆的摆长增大，共振曲线的最大值将________( 选填“向左”或“向右”) 挪动．第 4题图5．图甲是一个单摆振动的情况， O 是它的均衡地点， B、 C 是摆球所能到达的最远地点．设摆球向右方向运动为正方向．图乙是这个单摆的振动图象．依据图象回答：(1)单摆振动的频率是多大？(2)开始时辰摆球在何地点？(3) 若当地的重力加快度为π 2m/s2，试求这个摆的摆长是多少？第 5题图第 53 讲 实验十一：单摆的周期与摆长的关系 受迫振动和共振知识整合 基础自测 一、 1. 不计二、 1. 摆长不计 理想化重力加快度2.没关重力沿切线方向的分力2. 悬点 球心三、 2. T ＝ 2πL 4π 2L3. 毫米刻度尺 秒表4.(2) 自由下垂(4) 振动周期gT2四、 1. 弹力 重力的切向重量2．机械能 振幅3． (1) 驱动力 受迫振动(2) 驱动力固有频率五、 1. 等于 最大2．驱动力 f ＝f ′f ′ 越小方法技巧·典型例题 1· A 【分析】 依据单摆周期公式和单摆做简谐运动的等时性可知，用等大的铜球取代铁球，单摆的周期不变，选项A 正确；因为摆长是从悬点到摆球中心的长度，故在用相同长的摆线连接铁球时，用大球取代小球，摆长会变化，单摆的周期会改变，选项 B 错误；单摆在小摆角下的摇动周期相同， 选项 C 错误；将单摆从赤道移到北极，重力加快度增大，单摆的周期会变小，选项D 错误．·变式训练1· A【分析】因为半径远大于运动的弧长，小球都做简谐运动，类似于单摆．因为在同一地点，周期只与半径有关，与运动的弧长没关，故两球同时到达 C点，应选项 A 正确．·典型例题 2·(1) AD(2) 4π n2Lt2(4)B(5)4π 2（l1 － l2 ）【分析】(1) 单摆的模型要求细线要T21－ T 2长些、轻些，这样丈量相对偏差小、易观察摆球的地点变化等，A 正确．摆球的使用小重球，减小阻力、相对细线质量较大．D 正确． (2) 依据单摆周期公式＝2πL，单摆完Tgπ 2n2L成 N 次全振动的时间为t ， T ＝ t / n 可求当地的重力加快度g ＝ t2 .π 2n2L2(3) 据 T ＝ t / n ＝4可求． (4) 图线 b 对应的 g 值最凑近s 和 g ＝t2＝m/s当地重力加快度的值，说明图线b 对应的是较正确丈量方式．依据单摆的周期公式＝ 2TπL2＝4π 2L 2图象的斜率 k ＝ 4π 2g 得： T，依据数学知识可知，T - Lg ，当地的重力加快度gπ 22π 2L44g ＝ k .A 项若丈量摆长时忘了加上摆球的半径， 则摆长变为摆线的长度l ，则有 T ＝ g4π 2（l ＋r ） 4π 2 4π2r224π 2 4π 2r ＝g＝ g l ＋ g，依据数学知识可知， 对 T - L 图象来说， T ＝g l ＋g24π2lπ2r24与 b 线 T ＝g斜率相等，二者应当平行，g 是截距；故做出的T - L 图象中 a 线的原由可能是误将悬点到小球上端的距离记为摆长. 故 A 错误． B 项实验中误将 49 次全振L动记为 50 次，则周期的丈量值偏小，以致重力加快度的丈量值偏大，图线的斜率k 偏小，故 B 正确； C 项由图可知，图线 c 对应的斜率 k 偏小，依据 T2- L 图象的斜率 k＝4π2，当g4π 2地的重力加快度g＝k可知， g 值大于图线 b 对应的 g 值，故C错误．应选 B.L l1l2(5) 依据单摆的周期公式T＝2πg，第一次： T1＝2πg第二次： T2＝2πg4π 2（ l1－l2 ）.联立解得： g＝T21－T2·典型例题 3· CD 【分析】因为 A自由振动，其周期就等于其固有周期，而B、 C 在驱动力作用下的受迫振动，受迫振动的周期等于驱动力的周期，所以三个单摆的振动周期相等，故 A 错误；因为、C 摆长相等，产生共振，所以C的振幅比B大，故 C 、D正A确．·典型例题 4· ABC 【分析】受迫振动的频率与固有频率没关，但当驱动力的频率与物体固有频率相等时，受迫振动的振幅最大，所以，可以依据物体做受迫振动的共振l曲线判断出物体的固有频率．依据单摆振动周期公式T＝2πg，可以获取单摆固有频11g率 f ＝T＝2πl，依据图象中 f 的信息可以推测摆长或重力加快度的变化状况．·变式训练 2· BC【分析】由题图可知，单摆两次拉力极大值的时间差为 1 s，所以单摆的振动周期为 2 s ，选项 A 错误；依据单摆的周期公式＝ 2πl可得摆长l ＝T g1 m，选项 B 正确；t＝ 0.5 s时摆线的拉力最大，所以摆球正经过最低点，选项 C 正确；摆线拉力的极大值发生变化，说明摆球在最低点时的速度发生了变化，所以摆球做阻尼振动，振幅愈来愈小，因为周期与振幅没关，所以单摆的周期不变，选项 D 错误．当堂检测1． B【分析】支架在遇到竖直方向且频率为9 Hz 的驱动力作用下做受迫振动时，甲乙两个弹簧振子都做受迫振动，它们振动的频率都等于驱动力的频率9 Hz ，因为甲的频率凑近于驱动力的频率，所以甲的振幅较大，故B 正确， ACD错误．2．ABD 【分析】T＝2πL依据单摆周期公式：g可以知道，在同一地点，重力加速度 g 为定值，故周期的平方与其摆长成正比，应选项 A 正确；弹簧振子做简谐振动时，只有动能和势能参加转变，依据机械能守恒条件可以知道，振动系统的势能与动能之和保B 正确；依据单摆周期公式：T＝2πL持不变，应选项g可以知道，单摆的周期与质量无关，应选项 C 错误；当系统做稳固的受迫振动时，系统振动的频率等于周期性驱动力的频率，选项 D正确．高考物理总复习第53讲实验十一单摆的周期与摆长的关系受迫振动和共振讲义word版本2依据单摆的周期公式＝ 2πL1倍，摆长减3.【分析】，重力加快度减小为2T g2 12小为4倍，故单摆周期减小为本来的 2 倍．4．向左【分析】当驱动力频率与单摆的固有频率相等时，振幅最大的现象叫做共振现象．由图象可以看出，当 f ＝0.4 Hz时，振幅最大，发生共振现象；故单摆的固有频率为 0.4 Hz 2.5 s ；若将此单摆的摆长增大，依据公式T＝2πL，故周期为g，周期变大，固有频率减小，故共振曲线的最大值将向左挪动．5． (1)1.25 Hz(2) B点(3)0.16 m【分析】 (1)由乙图知周期 T＝0.8 s1则频率 f ＝T＝1.25 Hz(2)由乙图知， 0 时辰摆球在负向最大位移处，因向右为正方向，所以开始时辰摆球在 B点L gT2(3) 由T＝ 2πg得 L＝4π2＝0.16 m.。
二、单摆、受迫振动与共振
二、单摆、受迫振动与共振（一）单摆1．装置：悬挂小球的细线的伸缩量和质量可以忽略，线长又比球的直径大得多。
2．做简谐运动的条件：最大摆角θ<10°。
3．回复力：回复力由重力的切向分力来提供，大小为x lmg F -=，不能说成是重力和拉力的合力。
在平衡位置振子所受回复力是零，但合力不为零，方向指向悬点，作为圆运动的向心力。
4．单摆的周期：gl T π2=（与单摆的振幅、摆球的质量无关） 5．小球在光滑圆弧上的往复滚动，和单摆完全等同，只要摆角足够小，这个振动就是简谐运动，这时周期公式中的l 应该是圆弧半径R 。
（二）受迫振动与共振1．受迫振动：（1）含义：物体在驱动力（既周期性外力）作用下的振动叫受迫振动。
（2）特点：物体做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。
2．共振（1）共振曲线及特点①当驱动力的频率跟物体的固有频率相等时，受迫振动的振幅最大，这种现象叫共振。
②物体做受迫振动的振幅由驱动力频率和物体的固有频率共同决定：两者越接近，受迫振动的振幅越大，两者相差越大受迫振动的振幅越小。
③产生某一振幅可能有两个不同的驱动力频率（2）共振的利用和防止①利用共振的有：共振筛、转速计、微波炉、打夯机、跳板跳水、打秋千……②防止共振的有：机床底座、航海、军队过桥、高层建筑、火车车厢……1．等效单摆周期的求解在有些振动系统中l 不一定是绳长，g 也不一定为9.8 m/s 2，因此出现了等效摆长和等效重力加速度的问题.（1）等效摆长：在振动平面内物体重心到旋转中心的距离.例1．求出下述两种情况的振动周期①在甲图中，三根等长的绳l 1、l 2、l 3共同系住一密度均匀的小球m ，球直径为d ，l 2、l 3与天花板的夹角α＜30°.若摆球在纸面内做小角度的左右摆动，其周期T 1= ．若摆球做垂直纸面的小角度摆动，其周期T 2= ．②如图乙所示，已知单摆摆长为L ，悬点正下方3L/4处有一个钉子。
物理一轮复习 专题55 简谐运动及其描述 单摆 受迫振动和共振(讲)(含解析)
专题55 简谐运动及其描述 单摆 受迫振动和共1.知道简谐运动的概念，理解简谐运动的表达式和图象。
2。
知道什么是单摆，知道在摆角较小的情况下单摆的运动是简谐运动,熟记单摆的周期公式。
3.理解受迫振动和共振的概念,掌握产生共振的条件．1． 简谐运动(1)定义：物体在跟位移大小成正比并且总是指向平衡位置的回复力作用下的振动． (2）简谐运动的特征 ①动力学特征：F ＝－kx .②运动学特征:x 、v 、a 均按正弦或余弦规律发生周期性变化(注意v 、a 的变化趋势相反)． ③能量特征：系统的机械能守恒,振幅A 不变． (3)描述简谐运动的物理量①位移x ：由平衡位置指向振动质点所在位置的有向线段,是矢量． ②振幅A ：振动物体离开平衡位置的最大距离，是标量,它表示振动的强弱．③周期T 和频率f :物体完成一次全振动所需的时间叫做周期,而频率则等于单位时间内完成全振动的次数．它们是表示振动快慢的物理量，二者互为倒数关系：T ＝错误!。
（4）简谐运动的表达式①动力学表达式：F ＝－kx ，其中“－”表示回复力与位移的方向相反．②运动学表达式:x ＝A sin （ωt ＋φ)，其中A 代表振幅,ω＝2πf 表示简谐运动的快慢,（ωt ＋φ）代表简谐运动的相位，φ叫做初相． 2． 单摆(1）定义：如图所示,在细线的一端拴一个小球，另一端固定在悬点上，如果线的伸长和质量都不计，球的直径比摆线短得多，这样的装置叫做单摆．(2）视为简谐运动的条件：摆角小于5°。
(3)回复力：小球所受重力沿圆弧切线方向的分力,即:F ＝－mg sin θ＝－x Lmg＝－kx ，F 的方向与位移x 的方向相反．（4）周期公式:gL T π2= (5)单摆的等时性：单摆的振动周期取决于摆长l 和重力加速度g ，与振幅和振子(小球）质量都没有关系． 3． 受迫振动与共振（1）受迫振动:系统在驱动力作用下的振动．做受迫振动的物体,它的周期(或频率)等于驱动力的周期(或频率），而与物体的固有周期（或频率）无关．（2)共振：做受迫振动的物体，它的固有频率与驱动力的频率越接近,其振幅就越大，当二者相等时，振幅达到最大,这就是共振现象．共振曲线如图所示．考点一 简谐运动的基本特征及应用 1．五个概念(1）回复力：使振动物体返回平衡位置的力． （2)平衡位置：物体在振动过程中回复力为零的位置．(3)位移x ：由平衡位置指向振动质点所在位置的有向线段，是矢量． （4)振幅A :振动物体离开平衡位置的最大距离，表示振动的强弱，是标量． (5）周期T 和频率f ：表示振动快慢的物理量． ①单摆的周期gLT π2= ②弹簧振子的周期与弹簧的劲度系数及弹簧振子的质量有关（km T π2=） 2．三个特征（1)受力特征：F ＝－kx 。
单摆与受迫振动的频率解析
单摆与受迫振动的频率解析摆动是一种物体在固定支点附近来回摆动的运动。
单摆是最简单的一种摆动，它由一个质点和一根轻细的线组成，质点在重力的作用下沿着线的方向摆动。
而受迫振动是在外力的作用下，物体做周期性振动的运动。
本文将探讨单摆和受迫振动的频率解析。
首先，我们来看单摆的频率。
单摆的频率与摆长有关，摆长是指线的长度。
根据简谐振动的公式，单摆的频率可以表示为：f = 1 / (2π) * √(g / L)其中，f表示频率，g表示重力加速度，L表示摆长。
从公式中可以看出，摆长越长，频率越低；而摆长越短，频率越高。
这是因为摆长的增加会增加质点受到的重力作用力，从而减小摆动的速度，导致频率降低。
接下来，我们来探讨受迫振动的频率。
受迫振动是在外力的作用下，物体做周期性振动的运动。
外力可以是周期性的，也可以是非周期性的。
在周期性外力的作用下，物体的振动频率与外力的频率相同。
而在非周期性外力的作用下，物体的振动频率会发生改变。
在周期性外力的作用下，物体的振动频率可以通过共振现象来解释。
共振是指当外力的频率与物体的固有频率相等时，物体会发生共振现象，振幅会明显增大。
共振现象在很多领域都有应用，比如音乐中的共鸣、桥梁的共振等。
在共振现象中，物体的振动频率与外力的频率相等，可以用以下公式表示：f = 1 / (2π) * √(k / m)其中，f表示频率，k表示弹性系数，m表示物体的质量。
从公式中可以看出，物体的振动频率与物体的质量和弹性系数有关。
质量越大，频率越低；弹性系数越大，频率越高。
在非周期性外力的作用下，物体的振动频率会发生改变。
这是因为非周期性外力会引起物体的阻尼，使得物体的振动逐渐减弱，频率也会逐渐降低。
阻尼是指物体受到的摩擦力或阻力的作用，使得物体的振动逐渐减弱。
阻尼可以分为三种类型：无阻尼、欠阻尼和过阻尼。
无阻尼情况下，物体的振动会持续下去，频率不会改变；欠阻尼情况下，物体的振动会逐渐减弱，频率会略微降低；过阻尼情况下，物体的振动会非常迅速地减弱，频率会显著降低。
受迫振动的研究实验报告
受迫振动的研究实验报告一、引言。
受迫振动是物理学中一个重要的研究课题，它在许多领域都有着重要的应用，如机械工程、电子工程、生物医学工程等。
本实验旨在通过对受迫振动的研究，探讨受迫振动的特性及其在实际应用中的意义。
二、实验原理。
受迫振动是指在外力作用下，振动系统产生的振动。
在本实验中，我们将研究的对象定为单摆系统。
单摆系统是一个典型的受迫振动系统，它由一个质点和一根不可伸长的细线组成，质点受到重力作用而产生周期性的振动。
当外力施加在单摆系统上时，就会产生受迫振动。
三、实验内容。
1. 实验仪器，单摆装置、振动传感器、数据采集系统等。
2. 实验步骤：a. 将单摆装置悬挂好，并调整至静止状态。
b. 将振动传感器连接至数据采集系统，并将数据采集系统连接至计算机。
c. 施加外力，记录单摆系统的振动数据。
d. 分析数据，得出受迫振动的特性参数。
四、实验结果与分析。
通过实验数据的采集与分析，我们得出了如下结论：1. 受迫振动的频率与外力的频率相同，且振幅受到外力的影响。
2. 外力的频率与振幅的变化会影响受迫振动的稳定性。
3. 受迫振动的共振现象会在特定的外力频率下出现。
五、实验结论。
本实验通过对单摆系统的受迫振动进行研究，得出了受迫振动的特性及其在实际应用中的意义。
受迫振动在机械工程、电子工程、生物医学工程等领域都有着重要的应用价值，对其特性的深入了解有助于我们更好地应用于实际工程中。
六、实验总结。
通过本次实验，我们对受迫振动的特性有了更深入的了解，同时也认识到了受迫振动在实际应用中的重要性。
希望通过今后的学习与实践，能够更好地将受迫振动理论运用于工程实践中，为相关领域的发展做出贡献。
七、致谢。
在本次实验中，感谢所有参与实验的同学们的辛勤劳动和支持，也感谢实验中得到的指导和帮助。
以上就是本次实验的全部内容，希望对受迫振动的研究有所帮助。
7.2单摆 受迫振动、共振
方法规律
一、单摆周期公式的应用： 单摆周期公式的应用：
2.摆钟走时快慢的分析 摆钟走时快慢的分析
T0 ∆t = ⋅ t0 − t0 T 其中： 其中： t 0 — 某一段真实时间 ∆t — 摆钟在 t 0 时间内走快或走慢的时 间 T0 — 摆钟走时准确时的周期 ，T0 = 2π L g T —ห้องสมุดไป่ตู้摆钟走时不准时的周期 ，T = 2π L′ ′ g
D.2小时
考点阐释
二、受迫振动、共振： 受迫振动、共振： 1.受迫振动： 受迫振动： 受迫振动 振动系统在周期性的外力(驱动力 驱动力)作用下的振动 振动系统在周期性的外力 驱动力 作用下的振动 叫做受迫振动. 叫做受迫振动 物体做受迫振动时， ※ ※物体做受迫振动时，振动稳定后的频率等于驱动 力的频率，跟系统的固有频率无关. 力的频率，跟系统的固有频率无关 2.共振： 共振： 共振 定义：驱动力的频率接近受迫振动物体固有频率时， ⑴定义：驱动力的频率接近受迫振动物体固有频率时， 振幅逐渐变大；驱动力的频率等于系统的固有频率时， 振幅逐渐变大；驱动力的频率等于系统的固有频率时， 振幅最大，这种现象叫做共振. 振幅最大，这种现象叫做共振 共振的条件： ⑵共振的条件：驱动力的频率接近或等于系统的固有 频率. 频率
方法规律
一、单摆周期公式的应用： 单摆周期公式的应用：
2.摆钟走时快慢的分析 摆钟走时快慢的分析 例3：某摆钟的摆长为 ：某摆钟的摆长为l=30cm，一昼夜快 ，一昼夜快10min， ， 则应如何调整摆长，才能使摆钟走时准确？ 则应如何调整摆长，才能使摆钟走时准确？
，
方法规律
一、单摆周期公式的应用： 单摆周期公式的应用：
考点阐释
二、受迫振动、共振： 受迫振动、共振： 2.共振 共振
二、单摆、受迫振动与共振
二、单摆、受迫振动与共振（一）单摆1．装置：悬挂小球的细线的伸缩量和质量可以忽略，线长又比球的直径大得多。
2．做简谐运动的条件：最大摆角θ<10°。
3．回复力：回复力由重力的切向分力来提供，大小为x lmg F -=，不能说成是重力和拉力的合力。
在平衡位置振子所受回复力是零，但合力不为零，方向指向悬点，作为圆运动的向心力。
4．单摆的周期：gl T π2=（与单摆的振幅、摆球的质量无关） 5．小球在光滑圆弧上的往复滚动，和单摆完全等同，只要摆角足够小，这个振动就是简谐运动，这时周期公式中的l 应该是圆弧半径R 。
（二）受迫振动与共振1．受迫振动：（1）含义：物体在驱动力（既周期性外力）作用下的振动叫受迫振动。
（2）特点：物体做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。
2．共振（1）共振曲线及特点①当驱动力的频率跟物体的固有频率相等时，受迫振动的振幅最大，这种现象叫共振。
②物体做受迫振动的振幅由驱动力频率和物体的固有频率共同决定：两者越接近，受迫振动的振幅越大，两者相差越大受迫振动的振幅越小。
③产生某一振幅可能有两个不同的驱动力频率（2）共振的利用和防止①利用共振的有：共振筛、转速计、微波炉、打夯机、跳板跳水、打秋千……②防止共振的有：机床底座、航海、军队过桥、高层建筑、火车车厢……1．等效单摆周期的求解在有些振动系统中l 不一定是绳长，g 也不一定为9.8 m/s 2，因此出现了等效摆长和等效重力加速度的问题.（1）等效摆长：在振动平面内物体重心到旋转中心的距离.例1．求出下述两种情况的振动周期①在甲图中，三根等长的绳l 1、l 2、l 3共同系住一密度均匀的小球m ，球直径为d ，l 2、l 3与天花板的夹角α＜30°.若摆球在纸面内做小角度的左右摆动，其周期T 1= ．若摆球做垂直纸面的小角度摆动，其周期T 2= ．②如图乙所示，已知单摆摆长为L ，悬点正下方3L/4处有一个钉子。
单摆_受迫振动复习(有例题、配套习题_有答案)
第二讲 单摆 受迫振动 振动中的能量一、单 摆(1)单摆：一条不可伸长的、忽略质量的细线，一端固定，另一端拴一质点，这样构成的装置叫单摆.这是一种理想化的模型，实际悬线(杆)下接小球的装置都可作为单摆. (2)单摆振动可看作简谐运动的条件是最大偏角α＜5°. (3)摆球做简谐运动回复力：是重力在切线方向的分力F 回=G 1；重力的另一分力G 2和摆线的拉力合力提供向心力；F-G 2=mv 2/l 在最大位移处v=0，F=G 2. (4)周期公式：式中L 为小球摆动的圆孤半径即摆长，量取时应从圆心量到球心.g 为当地重力加速度(受力复杂时有“等效重力加速度”之说).(5)单摆的等时性：在小振幅摆动时，单摆的振动周期跟振幅和振子的质量都没关系. （6）几种单摆模型【例1】把实际的摆看作单摆的条件是……………………………………………… （ C ） ①细线的伸缩可以忽略；②小球的质量可以忽略；③细线的质量可以忽略；④小球的直径比细线的长度小得多；⑤小球的最大偏角足够小A 、①②③④⑤B 、①②③④C 、①③④⑤D 、②③④⑤【例2】下列有关单摆运动过程中受力的说法中，正确的是……………………………（ B ） A 、回复力是重力和摆线拉力的合力B 、回复力是重力沿圆弧方向的一个分力C 、单摆过平衡位置时合力为零D 、回复力是摆线拉力的一个分力【例3】单摆运动到达其平衡位置时，摆球所受回复力的方向或数值正确的是……（ C ） A 、指向地面 B 、指向悬点 C 、数值为零 D 、垂直于摆线【例4】甲、乙两个单摆摆长相等，将两个单摆的摆球由平衡位置拉开，使摆角αα>乙甲，（αα乙甲、都小于10）由静止开始释放，则……………………………………… （ C ）aA 、甲先到达平衡位置B 、乙先到达平衡位置C 、甲、乙同时到达平衡位置D 、无法判断【例5】将秒摆（周期为2 s ）的周期变为1 s ，下列措施可行的是…………………（ D ） A 、将摆球的质量减半 B 、振幅减半C 、摆长减半D 、摆长减为原来的14【例6】一个打磨得很精细的小凹镜，其曲率很小可视为接近平面．将镜面水平放置如图所示．一个小球从镜边缘开始释放，小球在镜面上将会往复运动，以下说法中正确的是（ C ）A ．小球质量越大，往复运动的周期越长B ．释放点离最低点距离越大，周期越短C ．凹镜曲率半径越大，周期越长D ．周期应由小球质量、释放点离平衡位置的距离，以及曲率半径共同决定【例7】.关于小孩子荡秋千，有下列四种说法：①质量大一些的孩子荡秋千，它摆动的频率会更大些 ②孩子在秋千达到最低点处有失重的感觉 ③拉绳被磨损了的秋千，绳子最容易在最低点断开 ④自己荡秋千想荡高一些，必须在两侧最高点提高重心，增加势能 ( B )上述说法中正确的是A.①②B.③④C.②④D.②③【例8】细长轻绳下端拴一小球构成单摆，在悬挂点正下方21摆长处有一个能挡住摆线的钉子A ，如图所示.现将单摆向左方拉开一个小角度，然后无初速地释放，对于以后的运动，下列说法中正确的是 ( AB )A. B.摆球在左、右两侧上升的最大高度一样C.摆球在平衡位置左右两侧走过的最大弧长相等D.摆线在平衡位置右侧的最大摆角是左侧的两倍【例9】一只单摆在第一行星表面上的周期为T 1，在第二行星表面上的周期为T 2，若这两个行星的质量之比M 1∶M 2=4∶1，半径之比R 1∶R 2=2∶1，则 （ A ） A.T 1∶T 2=1∶1 B.T 1∶T 2=4∶1 C.T 1∶T 2=2∶1 D.T 1∶T 2=22∶1 【例10】（1）某同学在做“利用单摆测重力加速度”实验中，先测得摆线长为97.50cm ；用50分度的游标卡尺(测量值可准确到0.02mm)测得小球的读数如图所示，则摆球直径为 cm ；然后用秒表记录了单摆振动50次所用的时间为99.9s ．则①该摆摆长为_______cm，周期为 s②（单选题）如果他测得的g值偏小，可能的原因是 [ ]A．测摆线长时摆线拉得过紧B．摆线上端未牢固地系于悬点，振动中出现松动，使摆线长度增加了C．开始计时，秒表过迟按下D．实验中误将49次全振动数为50次（2.00，98.50，2.00 ，A）（2）在一次用单摆测定加速度的实验中，图A的O点是摆线的悬挂点，a、b点分别是球的上沿和球心，摆长L= m.图B 为测量周期用的秒表，长针转一圈的时间为30s ，表盘上部的小圆共15大格，每一大格为lmin ，该单摆摆动n=50次时，长、短针位置如图中所示，所用时间t = s ．用以上直接测量的物理量的英文符号表示重力加速度的计算式为 g= (不必代入具体数值)．为了提高测量精度,需多次改变L 的值并测得相应的T 值.现测得的六组数据标示在以L 为横坐标、T 为纵坐标的坐标纸上,即图中用“⨯”表示的点。
高中物理 单摆简谐运动的能量受迫振动和共振
单摆简谐运动的能量受迫振动和共振一、考点聚焦1、单摆，在小振幅条件下单摆做简谐运动Ⅱ2、单摆周期公式Ⅱ3、振动中的能量转化Ⅰ4、自由振动和受迫振动，受迫振动的频率Ⅰ5、共振及其常见的应用Ⅰ二、知识扫描1、单摆：一根上端固定的细线，下系一个小球就构成了单摆。
要求细线的质量、弹性可以忽略，线的长度比小球的直径大得多。
单摆的回复力是摆球重力的切向分力。
在偏角很小的情况下，单摆做简谐运动。
单摆的周期公式为T=2πgl2、简谐运动的能量：简谐运动的能量就是振动系统的总机械能。
振动系统的机械能与振幅有关，振幅越大，则系统机械能越大。
阻尼振动的振幅越来越小。
3、简谐运动的过程是系统的动能和势能相互转化的过程，转化过程中机械能的总量保持不变。
在平衡位置处，动能最大势能最小，在最大位移处，势能最大，动能为零。
4、受迫振动：物体在外界驱动力的作用下的运动叫做受迫振动。
物体做稳定的受迫振动时振动频率等于驱动力的频率，与物体的固有频率无关。
5、共振：当驱动力的频率接近物体的固有频率时，受迫振动的振幅增大，这种现象叫做共振。
当驱动力的频率等于物体的固有频率时，受迫振动的振幅最大。
驱动力的频率与物体的固有频率相差越远，受迫振动的振幅越小。
声波的共振现象叫做共鸣。
三、好题精析例1 铁道上每根钢轨长12.5m，若支持车厢的弹簧和车厢组成的系统周期为0.6s，那么列车的速度为多大时，车厢振动得最厉害？〖解析〗车厢振动的最厉害是因为发生了共振，由共振条件可知T驱=T固=0.6sT驱=vlV=6.05..12=21(m/s)〖点评〗火车行驶时，每当通过钢轨的接缝处时就受到一次冲击，该力即为驱动力。
当驱动力的频率与振动系统的固有频率相等时就发生了共振，车厢振动得最厉害。
例2 单摆做简谐运动时，下列说法正确的是（）A、摆球质量越大、振幅越大，则单摆振动的能量越大B、单摆振动能量与摆球质量无关，与振幅有关C、摆球到达最高点时势能最大，摆线弹力最大D、摆球通过平衡位置时动能最大，摆线弹力最大〖解析〗对于无阻尼单摆系统，机械能守恒，其数值等于最大位移处摆球的重力势能或平衡位置处摆球的动能。
角急动度与单摆的受迫振动
Ａｂ ｔａ ｔ Ｔｈ ｏ ｃ ｄ ｖ ｂ ａ ｉ ｎ ｏ ｅ ｄ ｌ ｍ ｓ ｄ ｓ ｒｂ ｄ ｂ ｏ ｒ ｄ ｍ ｅ ｓｏ ａ ｈ ｓ ｐ ｃ ｎ ｓｒ ｃ ｅ ｆ ｒ ｅ ｉ ｒ ｔ ｆｐ ｎ ｕ ｕ ｉ ｅ ｃ ｉ ｅ ｙ ｆ ｕ — ｉ ｎ ｉ ｎ ｌｐ ａ ｅ ｓ ａ ｅ ａ ｄ ｏ
维普资讯
物理 与 Ｔ程
Ｖｏ． ７ Ｎｏ １ ２ ０ １１ ． ０ ７
角 急 动 度与 单摆 的 受迫振 动
徐 学翔 黄 沛天 马 善钧 （ 江西 师范大 学物理 与通 信 电子 学院 ， 西 南 昌 ３ ０ ２ ） 江 ３ ０ ７
（ 收稿 日期 ：２ ０ ６０ ） ０ ６０—７
摘 要 本 文用 四维相 空 间和 四 阶 自洽常微 分方 程 描写 了单摆 的 受迫振 动． 关 键词 单摆 ； 空 间； 相 角急 动度 ； 变动力 学 猝
ＡＮＧＵＬＡＲ ＥＲＫ Ｊ ＡＮＤ ｏＲＣ Ｆ ＥＤ ＢＲＡＴ ｏＮ ＶＩ Ｉ ｏＦ
Ｓ Ｍ ＰＬＥ Ｉ ＰＥＮＤＵＬＵＭ
在混 沌理 论 中找 到 新 的 应用 感 到 十分 震 惊 ． 管 尽
＝∞ ＝ ＝
１
∞一一 ２∞一ｓ ＋ｆ ｏ 声 ｐ ｉ ｎ ｃｓ ｝
文 献［ ］ Ｉ ］ 谈 的 问题 与 当前 基 础 物 理 的 教 学 ４ 、ｓ 所 － 内容 有一 些 距 离 ， 猝 变 动 力 学 为 人 们 提 供 的 新 但 的思 维方式 却 值得 基 础 课 教 师 认 真 体 察 ． 种思 这 维 方式 将三 维一 阶 自洽微 分 方程 转 化 为急 动 度方
我们： 与式 （ ） ２ 相对应 的三 维 相空 间 ｛， ， ｝ 然 也 ０∞ 声 虽
能 呈现混沌行 为 ， 但式 （ ） ２ 的描写 仍显 得不 够 ， 摆 单
受迫振动研究实验报告 (2)
受迫振动研究实验报告 (2)实验题目：受迫振动研究实验目的：1、通过实验掌握受迫振动的基本原理和方法，加深对振动现象的理解；2、学会用示波器观察和记录振动现象的振幅、频率等参数，并用多种方法测量振动参数（频率、周期、振幅）及其误差；3、通过实验，在实验中养成细心、认真做实验的良好习惯，加深对实际现象的理解。
实验仪器：1、示波器：需要一个能够输出正弦波的信号源，以促使被研究的简谐振动成为受迫振动。
2、单摆实验器材：支架、单摆杆、单摆球等。
实验原理：在一个简谐振动中，振幅、频率和周期是三个基本物理量。
其中，振幅是指物体从平衡位置最大的偏离距离，频率是指每秒钟振动的周期数，周期是指振动一次所需的时间。
为了更好地观察振动现象，我们需要一个示波器。
示波器是一种电子测量仪器，能够将交流信号的波形可视化处理，以方便观察和测量。
在受迫振动中，需要一个外力的作用，以促使物体发生振动。
这个外力称为驱动力。
驱动力通常采用正弦波信号的形式，频率可以自由设定。
驱动力频率和自由振动的固有频率接近时，受迫振动会变得非常明显。
这种现象称为共振现象。
实验步骤：1、准备实验仪器：将示波器连接到正弦波信号源上。
2、振幅测量：用单摆实验器材在水平面内安装单摆，制备一个只有重力驱动的简谐振动系统。
利用单摆的振幅测量器，测量单摆的振动振幅，将该数据记录在实验记录表内。
3、受迫振动研究：稳定实验环境后，控制信号源频率与单摆自由振动频率接近。
通过示波器记录振幅、频率等数据。
测量并记录各项数据。
实验结果：实验测得，单摆自由振动的周期为2.06秒，频率为0.485Hz，振幅为13.72cm。
进行受迫振动研究时，设定驱动力频率为1Hz，当驱动力频率与单摆自由振动频率接近时，单摆振幅迅速增大，达到峰值后又迅速下降。
该现象即为共振现象，此时单摆振幅达到最大值为53.2cm。
实验讨论：实验结果表明，在受迫振动中，当驱动力频率与自由振动频率接近时，共振现象会出现，此时振幅增加明显。
fxd1-5受迫振动
/
2
2
F
( 2 2 )2 4 2 2
4. 初识单摆的复杂运动
小驱动力单摆
小驱动力单摆的相轨线方程
q2
dq dt
/
2
是椭圆方程。说明：
2
F
( 2 2 )2 4 2 2
1. 在小驱动力下单摆的相轨线是闭合椭圆曲线
闭合的单周期轨道，复杂化起来。 b.在F = 1.093时相图上，相轨线虽
在[-,]的单摆势谷来回环绕，但始 终无法达到周期重复状态。
c.在庞加莱截面上，相点处于一条 曲线上，可以认定系统处于准周期 状态（接近正确的周期运动）。
d.庞加莱截面上的图形与所取截面 的位置(即相角)有关。
4. 初识单摆的复杂运动
3.庞加莱映射
庞加莱截面与轨线运动
单周期运动，轨线每次重复地运行在原有轨道上，它总是在截面的同一位 置穿过，截面上只留下一个点。 两倍周期运动，每个周期内相轨线两次在不同位置穿过，截面上留下两个 点； 四周期运动，每个周期内相轨线四次在不同位置穿过，截面上留下四个点; 无周期运动，截面上将出现留下无穷多点。
• 人们将时间上的连续运动转变为 • 离散的图象处理方法称为庞加莱映射。
3.庞加莱映射
庞加莱截面与轨线运动
单周期运动，轨线每次重复地运行在原有轨道上，它总是在 截面的同一位置穿过，截面上只留下一个点。两倍周期运动， 每个周期内相轨线两次在不同位置穿过，截面上留下两个点； 四周期运动，每个周期内相轨线四次在不同位置穿过，截面上 就留下四个点；推广到无周期运动，截面上将出现留下无穷多 点。
1
第2讲：单摆、受迫振动、共振
与小球相比可以忽略，与小球相比可以忽略，小球的小球的小球的 与线的长度相比可以忽略，与小球受到重力和线的拉力相比，球受到重力和线的拉力相比，空气的空气的空气的 可以忽略，这样的装置叫单摆。
单摆是理想模型。
2．单摆振动的回复力是．单摆振动的回复力是 ，在平衡位置振子所受回复力是______，但合力________________________。
3．当单摆的摆角很小时时，单摆做简谐振动（自己证明）其周期为T= ，与摆球质量、振幅________关。
其中l 为摆长，表示从_________到_______ 5．单摆的应用：①计时器．单摆的应用：①计时器②测定重力加速度g 。
（2）振动系统受阻力作用时，振幅逐渐___________的振动叫做阻尼振动．的振动叫做阻尼振动． 2．受迫振动：物体在．受迫振动：物体在 （既周期性外力）作用下的振动叫受迫振动。
（既周期性外力）作用下的振动叫受迫振动。
⑴物体做受迫振动的频率等于__________频率，与物体的固有频率频率，与物体的固有频率 关。
关。
⑵物体做受迫振动的振幅由驱动力频率和物体的固有频率共同决定：两者越接近，受迫振动的振幅________，两者相差越大受迫振动的振幅____________。
3．共振：．共振：当驱动力的频率当驱动力的频率当驱动力的频率 。
第2讲：单摆、受迫振动、共振『知识归纳』一、单摆1．单摆：．单摆：细线的细线的细线的 的距离，要区分摆长和摆线长。
摆长和摆线长。
秒摆：周期为2s 的单摆．其摆长约为lm 4．等效单摆：．等效单摆： 小球在光滑小球在光滑圆弧圆弧上的往复滚动，和单摆完全等同。
只要摆角足够小，这个振动就是动就是简谐运动简谐运动。
若圆弧和小球半径分别为R 和r ，则T = ，224TL g p =二、外力作用下的振动 1．阻尼振动振动（1）振动系统不受外力作用的振动，叫固有振动，其振动频率叫）振动系统不受外力作用的振动，叫固有振动，其振动频率叫 系统的固有频率时，系统的固有频率时，受迫振动的振幅受迫振动的振幅________，这种现象叫共振。
受迫振动实验报告 -回复
受迫振动实验报告-回复实验目的：本实验主要研究受迫振动的特性，了解强迫振动对谐振系统的影响，如相位差的变化、振幅的变化等。
实验原理：受迫振动：当振动系统在外界强迫下处于谐振状态时，该谐振系统的振动称为受迫振动。
外力导致谐振系统的振幅增加，频率不变，但是相位发生变化。
单摆受迫振动实验：在垂直于水平方向挂下一根等长度的单摆，并在单摆的下端吊挂一质量等于单摆质量1/3的小铅球，使单摆实现受迫振动。
在单摆运动过程中，测量小铅球的振动速度和相位差，得到振动的振幅、周期和频率。
实验步骤：1.将等长单摆挂在架子上，调整单摆振动到平衡位置。
2.将小铅球固定在单摆下方，调整单摆和铅球的长度以达到单摆无外力作用下振幅不大于20°的条件。
3.将电机旋钮拧到最大，开启电机和控制器，设置不同频率，记录振动的振幅和相位差。
4.根据实验数据绘制振幅-频率和相位差-频率曲线，并求出振动的周期。
实验数据：以频率为横坐标，振幅和相位差为纵坐标，分别绘制振幅-频率和参数差-频率曲线，如下图。
振幅-频率曲线：相位差-频率曲线：实验结果分析：通过实验数据可以看出，随着外力频率的增加，振幅的值先增加，达到最大值后随着频率继续增加振幅逐渐降低；相位差的值随着频率的增加而不断增加。
当频率为16Hz时，振幅达到最大值约为14cm，相位差约为130°左右。
实验结论：1.在受迫振动中，外力的频率对振幅和相位差具有影响，外力频率与谐振频率越接近，振幅越大，相位差也随之变大；当频率大于谐振频率时，振幅逐渐减小，相位差也向零靠近。
2.相位差与频率呈现正相关关系，相位角随着频率的增加而增加。
3.实验中所得到的数据与理论分析结果基本符合，说明本实验的数据测量准确，验证了受迫振动的特性。
§8.2 单摆 受迫振动 共振
§8.2 单摆 受迫振动 共振一、单摆1、定义：在一条不易伸长的，忽略质量的细线下端拴一质点，上端固定，构成的装置叫做单摆。
2、单摆的振动可看作简谐运动的条件：最大摆角︒<10θ。
3、回复力来源：单摆振动的回复力是重力的切向分力，不能说成是重力和拉力的合力。
注意：①最高点：向心力为零，回复力为最大，合外力等于回复力； ②最低点：向心力最大，回复力为零，合外力等于向心力。
4、周期公式：gl T π2= 强调：⑴单摆的周期与振幅和质量无关；秒摆：周期为2s 的单摆．其摆长约为lm 。
⑵l 是等效摆长：摆动圆弧的圆心到摆球重心的距离。
⑶g 为等效重力加速度：与单摆所处物理环境有关。
①不同星球表面，2/r GM g =。
②单摆处于超重或失重状态等效重力加速度分别为a g g ±=0，如轨道上运行的卫星0g a =，完全失重，等效0=g 。
③不论悬点如何运动还是受别的作用力，等效的重力加速度g 的取值总是单摆不振动时，摆线的拉力F 与摆球质量的比值，即等效m F g /=。
⑷摆钟快慢问题的分析方法（超纲）、单摆的一个重要应用就是利用单摆振动的等时性制成摆钟。
在计算摆钟类的问题时，利用以下方法比较简单：在一定时间内，摆钟走过的格子数n 与频率f 成正比（n 可以是分钟数，也可以是秒数、小时数……），再由频率公式可以得到：ll g f n 121∝=∝π①摆钟快慢不同是由摆钟的周期变化引起的，若摆钟周期T 大于其准确钟的周期T 0，则为慢钟；若摆钟周期T 小于其准确钟的周期T 0，则为快钟。
②由摆钟的机械构造所决定，无论准确与否，钟摆每完成一次全振动，摆钟所显示的时间都为一定值，也就是走时准确的摆钟的周期T 0。
③因钟面显示的时间总等于摆动次数乘以准确摆钟的周期T 0，即0T N t ⋅=显，所以在同一时间t 内，钟面指示时间之比等于摆动次数之比。
对于走时不准确的摆钟，要计算其全振动的次数，不能用钟面上显示的时间除以其周期，而应以准确时间除以其周期，即非T t N /=。
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3．受迫振动：物体在驱动力（既周期性外力）作用下的振动叫 受迫振动：物体在驱动力（既周期性外力） 受迫振动。 受迫振动。 物体做受迫振动的频率等于驱动力的频率， ⑴ 物体做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。 率无关。 ⑵ 物体做受迫振动的振幅由驱动力频率和物体的固有频率共同 决定：两者越接近，受迫振动的振幅越大，两者相差越大受迫 决定： 两者越接近， 受迫振动的振幅越大， 振动的振幅越小。 振动的振幅越小。 4．共振：当驱动力的频率跟物体的固有频率相等时，受 共振： 当驱动力的频率跟物体的固有频率相等时， 迫振动的振幅最大，这种现象叫共振。 迫振动的振幅最大，这种现象叫共振。 利用共振的有： 共振筛、 （ 1 ） 利用共振的有 ： 共振筛 、 转速计、微波炉、打夯机、 转速计、 微波炉、 打夯机、 跳板 跳水、打秋千…… 跳水、打秋千 防止共振的有： 机床底座、 （ 2 ） 防止共振的有 ： 机床底座 、 航海、军队过桥、高层建筑、 航海、军队过桥、 高层建筑、 火 车车厢…… 车车厢
2011-4-型 ★ 单摆－－理想模型
F回
G
★等效摆的周期 （1）等效摆长（复合摆） 等效摆长（复合摆）
拓展 小 球 可 看 成 质 点 垂直纸面摆动
l
O
l′ 绕O点在纸 点在纸
面内摆动
l l′
R
2
例 1 、 固定圆弧轨道弧 AB 所含度 数小于5 末端切线水平。 数小于5°，末端切线水平。两个 相同的小球 a 、 b 分别从轨道的顶 端和正中由静止开始下滑， 端和正中由静止开始下滑 ， 比较 它们到达轨道底端所用的时间和 动能： 动能：ta＿＿tb，Ea＿2Eb。 （2）等效重力加速度 思路：1、找平衡位置（相对静止位置） 思路： 找平衡位置（相对静止位置） 2、受力分析，求相对静止时细线的拉力F 受力分析，求相对静止时细线的拉力F 3、求等效重力加速度g′=F/m 求等效重力加速度g
4、
振动中的能量、 ★ 振动中的能量、受迫振动与共振 1.振动中的能量 振动中的能量： 1.振动中的能量： 对于给定的振动系统，振动的动能由振动的速度决定， (1)对于给定的振动系统，振动的动能由振动的速度决定，振动 的势能由振动的位移决定， 的势能由振动的位移决定，振动的能量就是振动系统在某个状态 下的动能与势能之和. 下的动能与势能之和. 振动系统的机械能大小由振幅大小决定，同一系统振幅越大， (2)振动系统的机械能大小由振幅大小决定，同一系统振幅越大， 机械能就越大.若无能量损失，简谐运动过程中机械能守恒， 机械能就越大.若无能量损失，简谐运动过程中机械能守恒，为 等幅振动. 等幅振动. 2.阻尼振动与无阻尼振动 2.阻尼振动与无阻尼振动 振幅逐渐减小的振动叫阻尼振动. 振幅逐渐减小的振动叫阻尼振动. 振幅不变的振动为等幅振动. 振幅不变的振动为等幅振动. 注意】等幅振动、 【注意】等幅振动、阻尼振动是从振幅是否变化的角度来区分 等幅振动不一定不受阻力作用. 的，等幅振动不一定不受阻力作用.