高中物理第一章机械振动第4节阻尼振动受迫振动教学案教科版4

第4节阻尼振动__受迫振动

1.系统的固有频率是指系统自由振动的频率，由系统

本身的特征决定。物体做阻尼振动时，振幅逐渐减小，

但振动频率不变。

2．物体做受迫振动的频率一定等于周期性驱动力的

频率，与系统的固有频率无关。

3．当驱动力的频率与系统的固有频率相等时，发生

共振，振幅最大。

4．物体做受迫振动时，驱动力的频率与固有频率越

接近，振幅越大，两频率差别越大，振幅越小。

对应学生用书

P11

阻尼振动

[自读教材·抓基础]

1．阻尼振动

系统在振动过程中受到阻力的作用，振动逐渐消逝(A减小)，振动能量逐步转变为其他能量。

2．自由振动

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，振幅不变的振动。

3．固有频率

自由振动的频率，由系统本身的特征决定。

[跟随名师·解疑难]

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．阻尼振动与简谐运动的对比。

阻尼振动简谐运动

产生条件受到阻力作用不受阻力作用

振幅越来越小不变

频率不变不变

能量减少不变

振动图像

实例用锤敲锣，锣面的振动弹簧振子的振动

[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)

自由摆动的秋千，摆动的振幅越来越小，下列说法正确的是( )

A．机械能守恒

B．能量正在消失

C．总能量守恒，机械能减小

D．只有动能和势能的相互转化

解析：选C 自由摆动的秋千可以看做阻尼振动的模型，振动系统中的能量转化也不是系统内部动能和势能的相互转化，振动系统是一个开放系统，与外界时刻进行能量交换。系统由于受到阻力，消耗系统能量做功，而使振动的能量不断减小，但总能量守恒。

受迫振动

[自读教材·抓基础]

1．持续振动的获得

实际的振动由于阻尼作用最终要停下来，要维持系统的持续振动，办法是使周期性的外力作用于振动系统，外力对系统做功，补偿系统的能量损耗。

2．驱动力

作用于振动系统的周期性的外力。

3．受迫振动

振动系统在驱动力作用下的振动。

4．受迫振动的频率

做受迫振动的系统振动稳定后，其振动周期(频率)等于驱动力的周期(频率)，与系统的

固有周期(频率)无关。

[跟随名师·解疑难]

自由振动与受迫振动的对比

自由振动受迫振动受力情况仅受回复力周期性驱动力作用

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

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

常见例子弹簧振子或单摆机器运转时底座发生的振动

[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)

(江苏高考)如图1－4－1所示的装置，弹簧振子的固有频率是4 Hz。现匀速转动把手，给弹簧振子以周期性的驱动力，测得弹簧振子振动达到稳定时的频率为 1 Hz，则把手转动的频率为( )

图1－4－1

A．1 Hz B．3 Hz

C．4 Hz D．5 Hz

解析：选A 本题考查受迫振动的特点，意在考查考生对受迫振动特点的掌握。弹簧振子做受迫振动，因此振动频率等于驱动力的频率，即为1 Hz，A项正确。

共振及其应用与防止

[自读教材·抓基础]

1．共振

驱动力的频率等于振动物体的固有频率时，受迫振动的振幅最大的现象。

2．产生共振的条件

驱动力频率等于系统的固有频率。

3．共振的特征

共振时受迫振动的振幅最大。

4．共振曲线

如图1－4－2所示。

图1－4－2

5．共振的应用与防止

(1)共振的应用：

①采用方法：在应用共振时，驱动力频率接近或等于振动系统的固有频率。

②实例：转速计。

(2)共振的防止：

①采用方法：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。

②实例：部队过桥时用便步；火车过桥要慢开；轮船航行时，改变航向或航速。

[跟随名师·解疑难]

1．受迫振动和共振的比较

(1)共振是受迫振动的特殊情况：

受迫振动的频率不受固有频率的影响，但受迫振动的振幅与固有频率有关，即固有频率与驱动力频率越接近，振幅越大，当驱动力频率与固有频率相等时，振幅最大，发生共振。

(2)受迫振动的周期或频率等于驱动力的周期或频率，与系统的固有频率无关，但发生共振的条件是驱动力的频率与系统固有频率相等。

2．对共振的条件理解

(1)从受力角度来看：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，驱动力的频率跟物体的固有频率越接近，使物体振幅增大的力的作用次数就越多，当驱动力频率等于物体的固有频率时，它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)从功能关系来看：当驱动力频率越接近物体的固有频率时，驱动力与物体运动一致的次数越多，驱动力对物体做正功越多，振幅就越大。当驱动力频率等于物体固有频率时，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，直到增加的能量等于克服阻尼作用损耗的能量时，振幅才不再增加。

[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)