物理：11.5《外力作用下的振动》课件(新人教版选修3-4)

阻尼振动中，在振幅逐渐减小的过程中， 振子的周期如何变化？ 答案：不变．周期与振幅无关

(1) 驱动力：作用于振动系统的周期性外 力． (2)受迫振动：系统在驱动力作用下的振动 叫受迫振动． 说明：①驱动力给振动系统周期性补充能 量，对系统做功． ②受迫振动的频率就等于驱动力的频率， 而与固有频率无关．


如图所示，在曲轴A上悬挂一个弹簧振子， 如果不转动把手B，而用手向下拉振子小 球m，放开手后，让小球上下自由振动测 得弹簧振子做30次全振动所用的时间是 15s；如果匀速转动把手，也可使弹簧振 子上下振动．若使把手以转速n＝30r/min 匀速转动．当弹簧振子的振动达到稳定后， 它的振动周期是________s．若要想使弹 簧振子的振幅达到最大，则把手的转速应 为________r/min.

特别提醒： 受迫振动中，若周期性的驱动力给系统补 充的能量与系统因振动阻尼消耗的能量相 等，物体做等幅振动，但此振动不是简谐 运动.

振动类型 简谐运动 比较项目 产生条件 频率 振幅 不受阻力作用 固有频率 不变 受阻力作用 固有频率 减小 受阻力和驱动力作用 驱动力频率 大小变化不确定 阻尼振动 受迫振动

(1)如果振动系统不受外力的作用，此时的 振动叫做固有振动，其振动频率称为固有 频率． (2)振幅逐渐减小的振动，叫做阻尼振动． (3)对阻尼振动的理解 ①阻尼振动振幅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． ②阻尼振动若在一段不太长的时间内振幅 没有明显的减小，可以把它当做简谐运动

答案：AD 解析：单摆振动过程中，因不断克服空气 阻力做功使振动的机械能逐渐转化为内能， A 和 D 对；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B、C不对.

特别提醒： ①受迫振动的振幅与驱动力频率有关． ②共振有利时尽量让 f接近 f0，有害时尽量 让f远离f0.

部队经过桥梁时，规定不许齐步走，登山 运动员登高山时，不许高声叫碱，主要原 因是( ) A．减轻对桥的压力，避免产生回声 B．减少对桥、雪山的冲量 C．避免使桥发生共振和使雪山发生共振 D ．使桥受到的压力更不均匀，使登山运 动员耗散能量减少

某桥梁的固有频率为7.5 Hz，有大量军队 齐步过桥，军人每跨一步距离为0.8 m．当 行走速度为________m/s时，会对桥的安 全造成威胁． 答案：6 解析： 设行走速度为 v 时会对桥造成威胁， 此时步行频率等于桥梁的固有频率，则 v ＝ Lf＝0.8×7.5 m/s＝6 m/s.当驱动力频率 等于固有频率时会发生共振．

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情况和时他的表情变化，调整针灸穴位的组配、下针的力道和用针的时间，以及艾柱熏烤的强度。细心的华老郎中发现，耿老 爹对百会穴位非常敏感，只要银针一刺入那个穴位，耿老爹就会出现非常剧烈的全身反应，这就更加坚定了他能够完全治愈耿 老爹这个顽疾的信心。不过，华老郎中也曾经犹豫不决。这位经验丰富的老先生非常明白，此穴位强刺存在一定程度的风险， 搞不好会适得其反，以后若再想治愈就没有可能了。纵观整个过程和所取得的疗效以及耿老爹的身体状况，华老郎中经过反复 考虑之后认为，胜算的可能性还是要大一些的，于是决定走一步险棋试试！那天晚饭后，华老郎中请李长善夫妇也到这边屋子 里来，一起见证这个既让人欣喜若狂，更会让人痛苦不堪的时刻。因为老先生自信，耿老爹认出来李家三兄妹并非自己亲生骨 肉的时刻就要到来了！想到耿老爹将不得不无奈地接受已经永远失去了三个亲生骨肉的残酷现实，华老郎中的心里也不由地涌 上了万箭穿心般的痛，但没有法子啊，他是一名医匠，别无选择„„关键一刻的就要开始了。耿老爹按照华老郎中的吩咐，闭 目端坐在一把舒适的大椅子上，平心静气地等待老先生下针，李长善夫妇和尚文、尚英、尚武都屏息站在周围瞪大眼睛注视着。 因为他们都已经知道，耿老爹很快就要认出来李家三兄妹并非自己的亲生骨肉了，所以大家的心情都非常紧张。只见华老郎中 缓缓地挪步来到耿老爹的身后，先是舒展双臂做了一个深呼吸，接着再活动活动手臂和十指，然后用棉球蘸了白酒反复擦拭耿 老爹的百会穴位。最后，轻轻拿起一根长长的银针放在点着了的白酒灯火苗上穿插三个来回，然后屏息凝神，将这根长长的银 针徐徐刺入耿老爹的百会穴„„突然，耿老爹浑身上下一阵猛烈的震颤„„华老郎中将银针留在穴位内，双手轻轻扶住耿老爹 肩膀，用一种少见的沧桑之音，缓缓地说：“大善人啊，你不要睁眼，莫要惊慌，也不要说话，慢慢地回想吧„„你的三个骨 肉孩儿，他们都在看着你哪„„”在耿老爹的脑海里，出现的是可爱的尚文、尚英和尚武„„他教他们认字„„他们围在他身 边听他唱曲儿„„看到耿老爹慢慢放松了，华老郎中腾出右手，轻轻地转动留在穴位内的那根长长的银针，耿老爹浑身上下又 是一阵猛烈的震颤„„华老郎中再次用天籁般的沧桑之音，缓缓地说：“大善人啊，听我的话，不要睁眼，莫要惊慌，也不要 说话，慢慢地回想吧„„你的正儿、英子、小直子，他们从小由你和妻子亲自带大，你教他们说话，唱歌，给他们讲故事„„ 经常带他们去喜欢的地方玩耍„„”这时候，在耿老爹的脑海里恍惚出现了耿正、耿英、耿直小时候的模样，他教他们认字读 书，给他们讲故事，教他们吹笛子拉二胡„„他带他们去镇南边的
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了解阻尼振动、受迫振动、共振的概念 掌握发生共振的条件， 了解共振的防止和利用

任何实际振动，只在初始时刻具有一定能 量，在阻尼作用下最终会停下来，怎样才 能使振动持续不断地进行下去呢？
外力 1．如果振动系统不受 的作用，此 固有频率 时的振动叫做固有振动，其振动频率称为 ． 2 ．振动系统受到阻力作用时，我们就说 阻尼 机械能 振动受到了 ，系统克服阻力要做功， 振幅 消耗 ，因而 减小，最后 驱动力 停下来． 驱动力 3．给阻尼振动提供的周期性外力叫 固有周期和固有频率 ，系统在 作用下的振动，叫受迫 振动．受迫振动的周期和频率与 无关．
答案：1.0cm,10cm 解析：由图象可看出单摆的固有频率，运 用周期公式可以求出摆长． 由图象可知：因有频率 f ＝ 0.5Hz ，所以周 期 T ＝ 2s. 由 单 摆 的 周 期 公 式 可 得 ： L ＝ T2g/4π2＝22×10/4×3.142m≈1.0m. 由图象知：单摆共振的振幅为10cm.

解析：本题考查对阻尼振动的综合认识和 从图象中提取信息的能力．单摆做阻尼振 动，因此其机械能不断减小，选项 D 正确， C错误；由图又看出A、B两时刻单摆的位 移相同，即在同一位置，故势能相同，选 项B正确；因机械能越来越小，所以动能B 处比A处小，选项A错误． 答案：BD

一单摆在空气中振动，振幅逐渐减小，下 列说法正确的是 ( ) A ．振动的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
答案：2s,120r/min 点评：匀速转动摇把后，振子做受迫振动， 驱动力的周期等于把手转动的周期．根据 受迫振动特征 f 受迫 ＝ f 驱 ，有 T 受迫 ＝ T 驱． 为 使振子的振幅达到最大，只要 T 驱 ＝ T 固 即 可．


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如图所示为一单摆的共振曲线，则该单摆 的摆长为多少？共振时单摆的振幅是多少？ (g＝10m/s2)

答案：C 解析：部队过桥时如齐步走，给桥梁施加 周期性外力，容易使桥的振动幅度增加， 即发生共振，造成桥梁倒塌；登山运动员 登高山时高声叫喊，声波容易引发雪山共 振而发生雪崩，故应选C.


如图所示是单摆做阻尼振动的振动图线， 下列说法中正确的是 ( )
A．摆球A时刻的动能等于B时刻的动能 B．摆球A时刻的势能等于B时刻的势能 C．摆球A时刻的机械能等于 B时刻的机械 能
解析：物体受迫振动的特点：f受迫＝f驱，f受迫与固有频率 无关，若发生共振则f驱＝f固 15s 30 T固＝ ＝0.5s，转速n＝30r/min＝ r/s＝0.5r/s 30 60 2π 角速度ω＝2πn＝πrad/s，∴T受迫＝ ω ＝2s 2π 若使振子振幅达到最大则有，T驱＝T固，即 ＝0.5 2πn′ 则n′＝2r/s＝120r/min

②共振的防止 在防止共振时，驱动力频率与系统的固有 频率相差越大越好．当驱动力频率容易改 变时，就改变驱动力频率，以增大驱动力 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；若驱动力不便调节，应设法改 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 环境中常出现的一些驱动力频率 ( 如海风 ) 以保护建筑物．

洗衣机在把衣服脱水完毕拔掉电源后，电 动机还要转动一会才能停下来，在拔掉电 源后，发现洗衣机先振动得比较小，然后 有一阵子振动得很剧烈，然后振动慢慢减 小直至停下来，其间振动剧烈的原因是 ( ) A．洗衣机没放平衡 B．电动机有一阵子转快了 C ．电动机转动的频率和洗衣机的固有频

解析：洗衣机脱水时，电动机转速很快， 频率很大，可以说远大于洗衣机的固有频 率，不能发生共振现象．当脱水终止时， 随着电动机转速的减小，频率也在减小， 肯定有一段时间，频率接近或等于洗衣机 的固有频率，从而发生共振现象，反应在 宏观上就是洗衣机振动剧烈． 答案：C 点评：这是一道与生活实际密切联系的好 题，还有许多这样的事实，我们要自己去 发现、去解决．
振动图象
形状不确定
实例
弹簧振子振动，单 摆做小角度摆动
敲锣打鼓发出的 声音越来越弱， 扬声器纸盆振动发声， 钟摆的摆动 是因振幅越来越 小
(1)当驱动力的频率f等于固有频率f0时，受 迫振动的振幅最大，这种现象叫共振． (2)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，驱动力频率每次都与荡 秋千的一致，秋千会越荡越高，另外如生 产、生活中的共振筛、音箱、各种乐器等