第5节 外力作用下的振动 1．知道什么是固有振动、固有频率和阻尼振动，并对固有振动和阻尼振动能从能量转化的角度予以说明。 2．知道什么是受迫振动，知道物体做受迫振动的频率特点。 3．知道什么是共振现象，掌握产生共振的条件，知道常见的共振的应用和危害。 一、固有振动、阻尼振动 1．固有振动 振动系统在不受外力作用下的振动叫做固有振动，固有振动的频率叫做固有频率。 小球和弹簧组成了一个系统———弹簧振子。弹簧对于小球的作用力———回复力，是系统的内力；而来源于系统以外的作用力，例如摩擦力或手指对小球的推力，则是外力。 2．阻尼振动 当振动系统受到阻力的作用时，我们说振动受到了阻尼。系统克服阻尼的作用要做功，消耗机械能，因而振幅减小，最后停下来。这种振幅逐渐减小的振动，叫做阻尼振动。 二、受迫振动与共振 1．受迫振动 (1)驱动力：为了使系统持续振动，作用于振动系统的周期性的外力。 (2)受迫振动：振动系统在驱动力作用下的振动。 (3)受迫振动的频率：做受迫振动的系统振动稳定后，其振动频率等于驱动力的频率，跟系统的固有频率没有关系。 2．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的现象。 (2)共振曲线：如图所示。表示受迫振动的振幅A与驱动力频率f的关系图象，图中f0为振动系统的固有频率。 (3)共振的应用与防止 ①应用：在应用共振时，应使驱动力频率接近或等于振动系统的固有频率，如转速计、共振筛。 ②防止：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，如部队过桥时用便步。 判一判 (1)阻尼振动的频率随振幅的减小而不断减小。( ) (2)系统做受迫振动时的振动频率与其固有频率无关。( ) (3)做受迫振动的系统的机械能守恒。( ) (4)驱动力的频率越大，系统的振幅越大。( ) (5)驱动力的频率等于系统的固有频率时发生共振。( ) (6)共振只有害处，没有好处。( ) 提示：(1)× (2)√ (3)× (4)× (5)√ (6)× 想一想 (1)实际的弹簧振子的运动是阻尼振动吗？ 提示：实际的弹簧振子在运动中除受弹力外，还受摩擦力等阻力的作用，振幅逐渐减小，因此振子做的是阻尼振动。当阻尼很小时，在不太长时间内看不出振幅有明显的减小，于是就可以把它当做简谐运动来处理。 (2)做受迫振动的物体一定会发生共振吗？ 提示：不一定。物体做受迫振动时，当驱动力的频率等于振动系统的固有频率时，才会发生共振，即发生共振的物体一定做受迫振动，做受迫振动的物体不一定发生共振。 课堂任务 阻尼振动 对阻尼振动的认识 (1)振动系统最常见的外力是摩擦力或其他阻力。当系统受到阻力作用时，我们说系统振动受到了阻尼。系统克服阻尼的作用要消耗机械能，因而振幅减小，最后停下来，阻尼振动的图象如图所示。 (2)阻尼振动的振幅不断减小，系统的机械能不断减少，但阻尼振动的频率不变，其频率为系统振动的固有频率，由系统本身决定。例如：用力敲锣，由于锣受到空气的阻尼作用，振幅越来越小，锣声减弱，但音调不变。 (3)系统做阻尼振动时，振幅减小得快慢跟所受阻尼的大小有关。振动系统受到的阻尼越大，振幅减小得越快。阻尼过大时，系统不能发生振动。阻尼越小，振幅减小得越慢，当阻尼很小时，在不太长的时间内看不出振幅有明显的减小，于是可以把它当做简谐运动来处理。 例1 如图所示是一个弹簧振子做阻尼振动的振动图象，曲线上A、B两点的连线与横轴平行，下列说法正确的是( ) A．振子在A时刻的动能等于在B时刻的动能 B．振子在A时刻的势能等于在B时刻的势能 C．振子在A时刻的机械能等于在B时刻的机械能 D．振子从A到B过程周期逐渐减小 系统做阻尼振动时什么变化？ ... ...
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