5 外力作用下的振动 [学科素养与目标要求] 物理观念：1.知道什么是固有振动和阻尼振动，并能从能量的观点给予说明.2.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.理解共振的概念，知道常见共振的应用和危害． 科学思维：比较简谐运动、阻尼振动、受迫振动的关系，得到受迫振动频率等于驱动力的频率的结论． 科学探究：通过做受迫振动的实验，使学生了解受迫振动的特点，体会受迫振动的相关概念． 一、固有振动、阻尼振动 1．固有振动和固有频率 (1)固有振动：振动系统在不受外力作用下的振动． (2)固有频率：固有振动的频率． 2．阻尼振动 (1)阻尼：当振动系统受到阻力的作用时，振动受到了阻尼． (2)阻尼振动：振幅逐渐减小的振动，如图1所示． 图1 二、受迫振动 1．驱动力 作用于振动系统的周期性的外力． 2．受迫振动 (1)定义：系统在驱动力作用下的振动． (2)受迫振动的频率(周期) 做受迫振动的物体，其振动频率总等于驱动力的频率，与系统的固有频率无关． 三、共振 1．定义 驱动力的频率f等于系统的固有频率f0时，受迫振动的振幅最大，这种现象叫做共振． 2．共振曲线(如图2所示) 图2 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_____． 答案 A f f 一、简谐运动、阻尼振动和受迫振动 如图所示的实验装置为一挂在曲轴上的弹簧振子，匀速摇动手柄，下面的弹簧振子就会振动起来．实际动手做一下，然后回答以下几个问题． (1)如果手柄不动而用手拉动一下振子，从振幅角度看弹簧振子的振动属于什么振动？ (2)从没有系统外力作用角度看弹簧振子的振动属于什么振动？ (3)手柄匀速摇动时，观察到振幅有什么变化？为什么？ (4)用不同的转速匀速转动手柄，弹簧振子的振动有何不同？这能说明什么问题？ 答案 (1)阻尼振动 (2)固有振动 (3)振幅不变，提供系统外力，补偿系统损失的能量 (4)转速大时弹簧振子振动得快，说明弹簧振子振动的周期和频率由手柄转速决定． 1．三种振动的理解 (1)简谐运动：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)受迫振动：物体做阻尼振动时受到周期性驱动力作用下的振动． 2．三种振动的比较 振动类型 比较项目 简谐运动 阻尼振动 受迫振动 产生条件 不受阻力作用 受阻力作用 受阻力和驱动力作用 频率 固有频率 频率不变 由驱动力的频率决定 振动图象 形状不确定 常见例子 弹簧振子或单摆 敲锣打鼓时发出的声音越来越弱 机器运转时底座发生的振动 例1 (多选)一单摆做阻尼振动，则在振动过程中( ) A．振幅越来越小，频率也越来越小 B．振幅越来越小，频率不变 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 答案 BD 解析 因单摆做阻尼振动，所以振幅越来越小，机械能越来越小，振动频率不变，故选B、D. 例2 如图3所示，在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，让振子自由上下振动，测得其频率为2 Hz，然后以60 r/min的转速匀速转动摇把，当振子振动稳定时，它的振动周期为( ) 图3 A．0.25 s B．0.5 s C．1 s D．2 s 答案 C 解析 弹簧振子受摇把的作用而振动，做受迫振动，所以其振动的周期等于驱动力的周期，60 r/m ... ...
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