高中物理機械振動5外力作用下的振動名師導航學案新人教版選修

1、5 外力作用下的振動名師導航知識梳理1.阻尼振動（1）阻尼振動是指振幅逐漸_的振動，它是從_是否變化的角度來區(qū)分.（2）等幅振動不受阻力作用.2.受迫振動物體在_性變化的_ 作用下的振動叫受迫振動，受迫振動穩(wěn)定時，系統(tǒng)振動的頻率等于_的頻率，與系統(tǒng)的_ 無關.3.共振共振的條件是_，產(chǎn)生共振時，物體的振幅_. 知識導學 復習振幅與能量的關系，再結合生活中的振動現(xiàn)象，如樹梢在空中擺動幾下，最后會停下來等等，認識和理解阻尼振動.自然界中的一切振動，嚴格地講都屬于阻尼振動. 在認識阻尼振動的基礎上，更進一步聯(lián)想到若要使振動持續(xù)下去，會有什么辦法呢？提出猜想：補充能量，由此認識受迫振動. 對共振的認識

2、，要通過教材圖11.53的實驗，歸納總結得出共振的概念和意義.疑難突破1.受迫振動的振動頻率與驅(qū)動力頻率的關系剖析：受迫振動是周期性外力作用下的振動.外力對系統(tǒng)做功，克服阻尼作用，補償系統(tǒng)的能量損耗，使系統(tǒng)持續(xù)地振動下去.設計一個實驗如下： 如圖11-5-1所示的裝置，勻速轉(zhuǎn)動把手時，把手給彈簧振子以驅(qū)動力使振子做受迫振動.用不同的轉(zhuǎn)速勻速地轉(zhuǎn)動把手，認真觀察實驗中驅(qū)動力的周期與把手轉(zhuǎn)動周期的關系，通過實驗，我們可以得出結論：驅(qū)動力周期與把手周期是相同的，而受迫振動穩(wěn)定后的頻率等于驅(qū)動力的頻率，跟物體的固有頻率無關.圖11-5-12.產(chǎn)生共振的條件及振幅隨驅(qū)動力頻率的變化關系剖析：設計一個實驗

3、如圖11-5-2所示，一根張緊的水平繩上掛五個擺，其中A、E擺長相等，D擺擺長最長，B擺最短.圖11-5-2 開始時，各擺都靜止，讓A擺先擺動起來，然后帶動其他擺跟著擺起來.觀察和分析A、B、C、D、E這五個單擺擺動周期的關系，觀察B、C、D、E四個擺在振動過程中，振幅的大小關系. 由實驗我們可以得出結論：A、E擺振幅最大，D擺振幅最小. 分析原因：B、C、D、E四個擺只有擺長不同，其他條件都相同，擺長決定了四個擺的固有頻率，A、E擺長相同，說明A、E固有頻率相同，結合實驗現(xiàn)象可知，當驅(qū)動力頻率等于固有頻率時，振幅最大，這就是產(chǎn)生共振的條件.固有頻率與驅(qū)動力頻率相差越大，振幅越小，我們可以總結

4、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. 典題精講【例1】在圖11-5-3中，當A振動起來后，通過水平繩迫使B、C振動，下列說法中正確的是（ )圖11-5-3A.只有A、C的振動周期相等 B.A的振幅比B小C.C振動的振幅比B大 D.A、B、C的振動周期相等思路解析：A振動后迫使水平繩振動，水平繩振動，水平繩再迫使B、C振動，所以B、C做受迫振動，其振動周期等于驅(qū)動力周期，即A的自由振動周期，Tb=Tc=TA固=2，所以C發(fā)生共振，B不發(fā)生共振，C的振幅比B大.答案：CD綠色通道：做受迫振動的物體，它的固有頻率與驅(qū)動力的頻率越接近，其振幅就越大，

5、當二者相等時，振幅達到最大.變式訓練：一洗衣機在正常工作時非常平穩(wěn)，當切斷電源后發(fā)現(xiàn)先是振動越來越劇烈，然后振動逐漸減弱.對這一現(xiàn)象下列說法正確的是（ )正常工作時，洗衣機波輪的運轉(zhuǎn)頻率大于洗衣機的固有頻率正常工作時，洗衣機波輪的運轉(zhuǎn)頻率比洗衣機的固有頻率小當洗衣機振動最劇烈時，波輪的運轉(zhuǎn)頻率恰好等于洗衣機的固有頻率當洗衣機振動最劇烈時，固有頻率最大A. B. C. D.答案：C【例2】在火車車廂里吊著一小球，由于在鐵軌接合處振動使球擺動，若鋼軌長12.5 m，線長40 cm，那么當火車的速度達到多大時，球振動的振幅最大？思路解析：懸線吊著的小球由于車輪在鋼軌接合處受到?jīng)_擊而擺動，顯然穩(wěn)定后擺

6、球做受迫振動，在受迫振動中當驅(qū)動力的頻率等于小球振動的固有頻率時發(fā)生共振，單擺振動的振幅最大，F(xiàn)驅(qū)=F固.即v= =10 m/s.答案：10 m/s綠色通道：受迫振動是物體在周期性外力（驅(qū)動力）作用下的振動，其振動特點是受迫振動中的頻率等于驅(qū)動力的頻率，與物體的固有頻率無關，只有當固有頻率等于驅(qū)動力的頻率時，發(fā)生共振，即振幅最大.變式訓練：部隊過橋時，規(guī)定不許齊步走，主要原因是（ )A.減輕對橋的壓力B.避免使橋發(fā)生共振C.使橋受到的壓力更為均勻答案：B 問題探究 問題：挑水時，有時桶里的水會蕩得厲害，并從桶中濺出來，這是為什么？如何避免發(fā)生這一現(xiàn)象？ 導思：在此例中，水振動厲害的主要原因是驅(qū)動力的頻率跟振動物體的固有頻率相接近或相等，但是僅說出這個共振條件是不夠的，還必須從題意的具體情況出發(fā)，指出其特征條件.例如，題中的驅(qū)動力是由于人行走的起伏引起的，同理在解答如何防止共振時，是破壞產(chǎn)生共振的條件，這是共振，同時還要指出具體辦法，如此例采用停止走動片刻或水中放些漂浮物體的辦法. 探究：挑水時，由于行走時肩膀的起伏，人通過扁擔對桶的作用，使水因受到周期性的驅(qū)動力而產(chǎn)生受迫振動，當驅(qū)動力頻率接近或等于桶里水的固有頻率時，水桶里的水就發(fā)生共振，所以水的動蕩越來越厲害，直到濺出來.