高中物理 第十一章 机械振动 5 外力作用下的振动名师导航学案 新人教版选修3-4.doc

5 外力作用下的振动名师导航知识梳理1.阻尼振动（1）阻尼振动是指振幅逐渐_的振动，它是从_是否变化的角度来区分.（2）等幅振动不受阻力作用.2.受迫振动物体在_性变化的_ 作用下的振动叫受迫振动，受迫振动稳定时，系统振动的频率等于_的频率，与系统的_ 无关.3.共振共振的条件是_，产生共振时，物体的振幅_. 知识导学 复习振幅与能量的关系，再结合生活中的振动现象，如树梢在空中摆动几下，最后会停下来等等，认识和理解阻尼振动.自然界中的一切振动，严格地讲都属于阻尼振动. 在认识阻尼振动的基础上，更进一步联想到若要使振动持续下去，会有什么办法呢？提出猜想：补充能量，由此认识受迫振动. 对共振的认识，要通过教材图11.53的实验，归纳总结得出共振的概念和意义.疑难突破1.受迫振动的振动频率与驱动力频率的关系剖析：受迫振动是周期性外力作用下的振动.外力对系统做功，克服阻尼作用，补偿系统的能量损耗，使系统持续地振动下去.设计一个实验如下： 如图11-5-1所示的装置，匀速转动把手时，把手给弹簧振子以驱动力使振子做受迫振动.用不同的转速匀速地转动把手，认真观察实验中驱动力的周期与把手转动周期的关系，通过实验，我们可以得出结论：驱动力周期与把手周期是相同的，而受迫振动稳定后的频率等于驱动力的频率，跟物体的固有频率无关.图11-5-12.产生共振的条件及振幅随驱动力频率的变化关系剖析：设计一个实验如图11-5-2所示，一根张紧的水平绳上挂五个摆，其中a、e摆长相等，d摆摆长最长，b摆最短.图11-5-2 开始时，各摆都静止，让a摆先摆动起来，然后带动其他摆跟着摆起来.观察和分析a、b、c、d、e这五个单摆摆动周期的关系，观察b、c、d、e四个摆在振动过程中，振幅的大小关系. 由实验我们可以得出结论：a、e摆振幅最大，d摆振幅最小. 分析原因：b、c、d、e四个摆只有摆长不同，其他条件都相同，摆长决定了四个摆的固有频率，a、e摆长相同，说明a、e固有频率相同，结合实验现象可知，当驱动力频率等于固有频率时，振幅最大，这就是产生共振的条件.固有频率与驱动力频率相差越大，振幅越小，我们可以总结如下： |f-f|越大，振幅越小 |f-f|越小，振幅越大 |f-f|等于零，振幅最大. 典题精讲【例1】在图11-5-3中，当a振动起来后，通过水平绳迫使b、c振动，下列说法中正确的是（ )图11-5-3a.只有a、c的振动周期相等 b.a的振幅比b小c.c振动的振幅比b大 d.a、b、c的振动周期相等思路解析：a振动后迫使水平绳振动，水平绳振动，水平绳再迫使b、c振动，所以b、c做受迫振动，其振动周期等于驱动力周期，即a的自由振动周期，tb=tc=ta固=2，所以c发生共振，b不发生共振，c的振幅比b大.答案：cd绿色通道：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.变式训练：一洗衣机在正常工作时非常平稳，当切断电源后发现先是振动越来越剧烈，然后振动逐渐减弱.对这一现象下列说法正确的是（ )正常工作时，洗衣机波轮的运转频率大于洗衣机的固有频率正常工作时，洗衣机波轮的运转频率比洗衣机的固有频率小当洗衣机振动最剧烈时，波轮的运转频率恰好等于洗衣机的固有频率当洗衣机振动最剧烈时，固有频率最大a. b. c. d.答案：c【例2】在火车车厢里吊着一小球，由于在铁轨接合处振动使球摆动，若钢轨长12.5 m，线长40 cm，那么当火车的速度达到多大时，球振动的振幅最大？思路解析：悬线吊着的小球由于车轮在钢轨接合处受到冲击而摆动，显然稳定后摆球做受迫振动，在受迫振动中当驱动力的频率等于小球振动的固有频率时发生共振，单摆振动的振幅最大，f驱=f固.即v= =10 m/s.答案：10 m/s绿色通道：受迫振动是物体在周期性外力（驱动力）作用下的振动，其振动特点是受迫振动中的频率等于驱动力的频率，与物体的固有频率无关，只有当固有频率等于驱动力的频率时，发生共振，即振幅最大.变式训练：部队过桥时，规定不许齐步走，主要原因是（ )a.减轻对桥的压力b.避免使桥发生共振c.使桥受到的压力更为均匀答案：b 问题探究 问题：挑水时，有时桶里的水会荡得厉害，并从桶中溅出来，这是为什么？如何避免发生这一现象？ 导思：在此例中，水振动厉害的主要原因是驱动力的频率跟振动物体的固有频率相接近或相等，但是仅说出这个共振条件是不够的，还必须从题意的具体情况出发，指出其特征条件.例如，题中的驱动力是由于人行走的起伏引起的，同理在解答如何防止共振时，是破坏产生共振的条件，这是共振，同时还要指出具体办法，如此例采用停止走动片刻或水中放些漂浮物体的办法. 探究：挑水时，由于行走时肩膀的起伏，人通过扁担对桶的作用，使水因受到周期性的驱动力而产生受迫振动，当驱动力频率接近或等于桶里水的固有频率时，水桶里的水就发生共振，所以水的动荡