11.5 外力作用下的振动
【教学目标】
1．知道阻尼振动和无阻尼振动，并能从能量的观点给予说明。
2．知道受迫振动的概念。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，知道常见的共振的应用和危害。
【重点难点】
1．掌握受迫振动的概念。
2．理解共振的概念及产生共振的条件，知道常见的共振的应用和危害。
【教学方法】
比较、观察、分析、推理
【教学用具】
课 件、弹簧振子、受迫振动演示仪、摆的共振演示器
【教学过程】
一、固有振动
1、固有振动：
振动系统不受外力作用时的振动，叫固有振动。
2、固有频率和固有周期：
振动系统做固有振动时的周期和频率叫固有周期和固有频率。
二、阻尼振动
1、定义：振幅逐渐减小的振动叫阻尼振动，也叫减幅振动。
2、振幅减小的快慢跟所受的阻尼有关：阻尼越大，振幅减小得越快。
3、当阻尼很小时，在一段不太长的时间里看不出振幅有明显的变化（等幅振动），此时可以认为是简谐运动。
【例1】如果存在摩擦和空气阻力，那么，任何物体的机械振动严格地讲都不是简谐振动，在振动过程中振幅、周期和机械能将：（ B ）
A、振幅减小，周期减小，机械能减小 B、振幅减小，周期不变，机械能减小
C、振幅不变，周期减小，机械能减小 D、振幅不变，周期不变，机械能减小
分析：相对同样的简谐运动系统，其周期变大。
【例2】一个单摆摆长为L，摆球质量为m，摆动时最大偏角为α，取摆球在平衡位置时的重力势能为零，则这个摆具有的机械能有多大？当摆动到偏角为β的位置时，摆球具有的速度有多大？
（mgl(1－cosα)，）
三、受迫振动
1、驱动力：作用于振动系统的周期性外力叫做驱动力。
2、受迫振动：物体在驱动力作用下的振动叫做受迫振动。
3、受迫振动的周期和频率：
（1）物体做固有振动时，其周期和频率等于振动系统本身的固有周期和固有频率。
（2）物体做受迫振动时，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。
四、共振
1、共振：驱动力的频率f等于物体的固有频率f0时，受迫振动的振幅最大，这种现象叫做共振。
2、共振条件：f驱＝f固
★ 对于有阻尼的真实振动，当驱动力的频率略小于固有频率时，系统的振幅达到最大值，阻尼越大，这两个频率的差别越明显。
3、特点：
（1）当驱动力的频率等于物体的固有频率时，受迫振动的振幅最大。
（2）当驱动力的频率与物体的固有频率相差越大时，受迫振动的振幅越小。
4、共振曲线：
5、共鸣：声音的共振现象叫共鸣。
6、共振的应用和防止：
（1）应用：利用共振时，应使驱动力的频率接近或等于物体的固有频率。
如：转速计、共振筛等。
（2）防止：防止共振时，应使驱动力的频率与振动物体的固有频率不同，而且相差越大越好。
如：火车过桥时要放慢速度、军队过桥时用便步行走、轮船航行时要看波浪的打击方向而改变轮船的航向和速度、机器运转时为了防止共振要调节转速等。
【例3】在火车车厢里用悬线吊着一个小球，由于铁轨接合处的震动使球摆动，如果铁轨长12.5m，线长40cm，那么当火车速度达多少时，球摆动的振幅最大？
【例4】右图为一单摆的共振曲线，则该单摆的摆长约为多少？共振时单摆的振幅多大？（g取10m/s2） [高考资源网KS5U.COM]
【例5】汽车在一条起伏不平的公路上行驶，路面上凸起处相隔的距离大约都是16m，汽车的车身是装在弹簧上，当汽车以8m/s的速度行驶时，车身起伏振动得最激烈，则弹簧的固有频率是多少？
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【课外作业】
1、教材：P5——（3）
2、学海导航：P2——4[Ks5u.com]
【教学后记】
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