受迫振动和共振 【学习目标】 1．了解振动中的能量损失； 2．利用实验探究受迫振动的规律； 3．理解共振现象利用实验探究共振发生的条件。 【学习重难点】 1．掌握阻尼振动的概念并知道阻尼振动中的能量转化的情况； 2．知道受迫振动的频率等于驱动力的频率；与固有频率无关； 3．知道发生共振的条件；知道共振的应用和了解防止共振的实例。 【学习过程】 一、振动的分类 按振子受力的不同可将振动分为： 1．自由振动(又称固有振动) 回复力是系统内部的相互作用力，弹簧振子的_____是系统内部的力，单摆的_____也是系统内部的力。 2．阻尼振动 系统受到摩擦力或其他阻力，系统克服阻尼的作用要消耗_____，因而_____减小，最后停下来，阻尼振动的图像如图所示。 物体做阻尼振动时，振幅虽不断减小，但振动的频率仍由自身结构特点所决定，并不会随振幅的减小而变化。例如：用力敲锣，由于锣受到空气的阻尼作用，振幅起来越小，锣声减弱，但音调不变。 3．受迫振动 如系统受到周期性外力的作用，就可以利用外力对系统做功，补偿系统因阻尼作用而损失的能量，使系统持续地振动下去。 这种周期性的外力叫_____。 系统在驱动力作用下的振动叫_____。 二、受迫振动的频率 系统做受迫振动的频率总是等于_____的频率，与系统的_____无关。 三、共振 系统做受迫振动时，如果驱动力的频率可以调节，把不同频率的驱动力先后作用于同一个振动系统，其受迫振动的振幅将不同，如图是共振曲线图。_____是物体的固有频率，横轴表示_____的频率，当_____时物体的振幅最大，f驱与f固差_____，物体做受迫振动的振幅_____。 驱动力频率f_____系统的固有频率f0时，受迫振动的振幅_____，这种现象叫做共振。 四、共振的应用与防止 1．共振的应用：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、共振转速计、共鸣箱、核磁共振仪等。 2．共振的防止：由共振曲线可知，在需要防止共振时，要尽量使驱动力的频率和物体振动的固有频率不相等，而且相差越多越好。 如：部队过桥时，为避免周期性的驱动力使桥发生共振，应便步走。 3．自由振动、受迫振动和共振的关系比较 振动类型 自由振动 受迫振动 共振 受力情况 仅受回复力 周期性驱动力作用 周期性驱动力作用 振动周期 或频率 由系统本身性质决定，即固有周期或固有频率 由驱动力的周期或频率决定，即T＝T驱或f＝f驱 T驱＝T固或f驱＝f固 振动量 振动物体的机械能不变 由产生驱动力的物体提供 振动物体获得的能量最大 常见例子 弹簧振子或单摆(θ≤10°) 机械工作时底座发生的振动 共振筛、转速计等 【达标检测】 1．下列说法中正确的是( ) A．实际的自由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 2．下列振动，属于受迫振动的是( ) A．用重锤敲击一下悬吊着的钟后，钟的振动 B．打点计时器接通电源后，振针的振动 C．小孩睡在自由摆的吊床上，小孩随着吊床一起摆动 D．弹簧振子在竖直方向上沿上下方向振动 3．把一个筛子用四根弹簧支起来，筛子上装一个电动偏心轮，它每转一周给筛子一个驱动力，这就做成了一个共振筛，筛子自由振动时，完成20次全振动用15 s，在某电压下，电动偏心轮转速是88 r/min，已知增大电动偏心轮的电压，可以使其转速提高：增加筛子质量，可以增大筛子的固有周期，要使筛子振幅增大，下列做法中正确的有( ) ①降低输入电压 ②提高输入电压 ③增加筛子质量 ④减小筛子质量 A．①③ B．①④ C．②③ D．②④ 4．在图中，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( ) A．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 ... ...
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