高二物理受迫振动 共振学案

课时内容： 3.5 外力作用下的振动总第课时

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课标（考纲）要求能分析生活中的振动课型新授

学习目标 1.知道什么是阻尼振动和无阻尼振动，并能从能量的观点给予说明.2.知道受迫振动的概念．知道受迫振动的频率等于驱动力的频率，而跟振动物体的固有频率无关.3.知道共振以及

发生共振的条件，知道共振的应用和防止的实例．

学习重点1阻尼振动和无阻尼振动受迫振动2、共振以及发生共振的条件

学习难点共振的应用和防止的实例

学习过程随堂笔记【自主学习】自主学习，独立思考问题

请阅读教材，明确以下概念

固有振动

受迫振动

阻尼振动

共振

【即学即用】

1.判断下列说法的正误.

(1)受迫振动的频率与振动系统的固有频率无关.( )

(2)驱动力频率越大，振幅越大.( )

(3)共振只有害处没有好处.( )

(4)做受迫振动的物体一定会发生共振.( )

(5)阻尼振动的频率随振幅的减小而不断减小.( )

2.A、B两个弹簧振子，A的固有频率为f，B的固有频率为4f，若它们均在频率为f的驱动力作用

下做受迫振动，则________的振幅较大，A的振动频率是________，B的振动频率是________.

【合作探究】分析问题情境，提炼核心问题

导思交流一、阻尼振动和受迫振动

[知识梳理]

1．阻尼振动是振动系统在阻力的作用下，振幅逐渐减小的振动．说明：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．受迫振动是指系统在驱动力作用下的振动．做受迫振动的物体的振动频率等于驱动力的频率，

与物体的固有频率无关．说明：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．

【例1】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．在振动过程中，机械能不守恒，周期不变【例2】如图所示的装置，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( )

A．1 Hz B．3 Hz C．4 Hz D．5 Hz

【针对训练1】下列说法中正确的是( )

A．实际的振动必然是阻尼振动

B．在外力作用下的振动是受迫振动

C．阻尼振动的振幅越来越小

D．受迫振动稳定后的频率与自身物理条件无关

导思交流二、对共振的理解

[知识梳理]1．定义：物体做受迫振动时，当驱动力的频率等于系统的固有频率时，振动的振幅最大，这种现象叫共振．

2．发生共振的条件：f驱＝f固，即驱动力的频率等于振动系统的固有频率．

3．共振曲线(如图所示)

4．共振的防止与利用

(1)利用：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、荡秋千、共振转速计等．

(2)防止：由共振曲线可知，在需要防止共振危害时，要尽量使驱动力的频率和固有频率不相等，而且相差越多越好．如：部队过桥应便步走．

说明：共振是物体做受迫振动时的一种特殊现象．

【例3】在一根张紧的水平绳上悬挂五个摆，其中A、E的摆长为l，B的摆长为0.5l，C的摆长为1.5l，D的摆长为2l，先使A振动起来，其他各摆随后也振动起来，则摆球振动稳定后( ) A．D的振幅一定最大 B．E的振幅一定最大

C．B的周期一定最短 D．四个摆的周期相同

【例4】如图表示一弹簧振子做受迫振动时的振幅与驱动力频率的关系，由图可知( ) A．驱动力频率为f2时，振子处于共振状态

B．驱动力频率为f3时，振子的振动频率为f3

C．假如让振子自由振动，它的频率为f2

D．振子做自由振动时，频率可以为f1、f2、f3

【针对训练2】下列关于共振和防止共振的说法，正确的是( )

A.共振现象总是有害的，所以要避免共振现象发生

B.队伍过桥要慢行是为了不产生周期性的驱动力，从而避免产生共振

2

C.火车过桥慢行是为了使驱动力的频率远小于桥的固有频率，从而避免产生共振

D.利用共振时，应使驱动力的频率接近或等于振动物体的固有频率，防止共振危害时，应使驱动力的频率远离振动物体的固有频率

【巩固训练】A 组

1、若空气阻力不可忽略，单摆在偏角很小的摆动中，总是减小的物理量为( ) A ．振幅 B ．位移 C ．周期 D ．机械能

2、如图所示是单摆做阻尼运动的位移—时间图线，下列说法中正确的是( ) A ．摆球在P 与N 时刻的势能相等 B ．摆球在P 与N 时刻的动能相等 C ．摆球在P 与N 时刻的机械能相等

D ．摆球在P 时刻的机械能小于N 时刻的机械能

3．如图所示，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，让振子上下自由振动，测得振动频率为2 Hz ，然后匀速转动摇把，转速为240 r/min ，当振子振动稳定后，它的振动周期为( ) A.12s B.1

4

s C ．2 s D ．4 s 4、如图所示，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9 Hz ，乙弹簧振子的固有频率为72 Hz ，当支架在受到竖直方向且频率为9 Hz 的驱动力作用做受迫振动时，则________(选填“甲”或“乙”)的振幅较大，甲振动频率是________ Hz ，乙振动频率是________ Hz. 5、关于共振的防止和利用，应做到( )

A.利用共振时，应使驱动力的频率接近或等于振动物体的固有频率

B.利用共振时，应使驱动力的频率大于或小于振动物体的固有频率

C.防止共振危害时，应尽量使驱动力频率接近或等于振动物体的固有频率

D.防止共振危害时，应尽量使驱动力频率远离振动物体的固有频率

6、铺设铁轨时，每两根钢轨接缝处都必须留有一定的间隙，匀速运行的列车经过轨端接缝处时，车轮就会受到一次冲击．由于每一根钢轨长度相等．所以这个冲击力是周期性的，列车受到周期性的冲击做受迫振动．普通钢轨长为12.6 m ，列车固有振动周期为0.315 s ．下列说法正确的是( ) A ．列车的危险速率为40 m/s

B ．列车过桥需要减速，是为了防止列车发生共振现象

C ．列车运行的振动频率和列车的固有频率总是相等的

D ．增加钢轨的长度有利于列车高速运行

7、如图所示，在一条张紧的绳上挂7个摆，先让A 摆振动起来，则其余各摆也随之振动，已知A 、

B 、F 三摆的摆长相同，则下列判断正确的是( )

A ．7个摆的固有频率都相同

B ．振动稳定后7个摆的振动频率都相同

C ．B 、F 摆的摆长与A 摆相同，它们的振幅最大