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
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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)