1、第第 5 节节 生活中的振动生活中的振动 学习目标要求 核心素养和关键能力 1.知道什么是自由振动和阻尼振动， 并能够从能量观点给予说明。 2.知道受迫振动的频率等于驱动力 的频率，与物体的固有频率无关。 3.理解共振的概念， 知道共振的应用 与危害。 4.会分析共振曲线。 1.科学思维 (1)数形结合的思想。 (2)守恒与转化思想。 2.科学态度与责任 分析受迫振动、共振在生产生活中的利弊。 3.关键能力 分析推理能力。 一、阻尼振动 1.定义 阻尼振动是指振幅不断减小的振动。 2.产生的原因 振动过程中由于存在阻力，振动物体需要不断克服阻力做功，系统的机械能不断 减小，导致振幅不断减小。
2、3.图像 如图所示，振幅逐渐减小，最后停止振动。 判一判 (1)做阻尼振动的物体因克服阻力做功，它的机械能逐渐减小。() (2)阻力越大，物体的振幅减小的越快。() (3)阻尼振动振幅逐渐减小时，其固有频率也逐渐减小。() 做一做 (多选)一单摆做阻尼振动，则在振动过程中( ) A.振幅越来越小，周期也越来越小 B.振幅越来越小，周期不变 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，周期不变 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， 振动周期不变。 二、受迫振动与共振 1.受迫振动 (1)驱动力：为了获得稳定的振动，通常需
3、要给振动物体施加一个周期性的外力， 这种周期性的外力称为驱动力。 (2)受迫振动：在周期性外力作用下的振动。 (3)受迫振动的周期或频率 物体做受迫振动时，振动稳定后的周期(或频率)总等于驱动力的周期(或频率)，与 物体的固有周期(或固有频率)无关。 2.共振 (1)条件：驱动力的周期(或频率)等于物体的固有周期(或固有频率)。 (2)特征：共振时，物体振动的振幅最大。 (3)共振曲线：如图所示。 判一判 (1)物体做受迫振动时，频率介于固有频率和驱动力频率之间。() (2)物体做受迫振动时，固有频率越接近驱动力频率，振幅越大() (3)发生共振时，物体简谐运动的位移最大。() 三、共振的应用
4、与防止 1 共振的应用 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， 振动将更剧烈。 如路面共振破碎机、音叉共鸣箱。 2.共振的防止 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。如集体列队经过桥 梁时要便步走。 想一想 路面共振破碎机工作原理是什么？ 答案 它的原理是通过调节振动锤头的振动频率，使其等于或接近水泥路面的固 有频率。从而使锤头下的水泥路面因局部范围产生共振而被击碎。这种路面共振 破碎机具有破碎效率高、破碎深度大等特点。 探究探究 1 阻尼振动和受迫振动阻尼振动和受迫振动 情境导入 弹簧振子在泥浆中不能持续振动，汽车上的减震器能让汽车的振动很快停下来， 它
5、们为什么不能持续振动？这些振动有什么特点？ 答案 泥浆中的弹簧振子、汽车上的减震器之所以不能持续的振动，是因为它们 在振动过程中受到阻力，使振动逐渐减弱。 归纳拓展 1.同一简谐运动能量的大小由振幅大小确定，阻尼振动振幅减小的快慢跟所受阻 力的大小有关，阻力越大，振幅减小得越快。 2.物体做阻尼振动时，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力作用，振幅越来越小，锣声减 弱，但音调不变。 3.简谐运动、阻尼振动和受迫振动的比较 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
6、有频率 固有频率 驱动力频率 振幅 不变 减小 大小变化不确定 振动图像 形状不确定 【例 1】 (多选)(2021 四川成都月考)某振动系统的固有频率为 f0，在周期性驱动 力的作用下做受迫振动，驱动力的频率为 f。若振动系统的振幅保持不变，下列 说法正确的是( ) A.当 ff0时，该振动系统的振幅随 f 增大而减小 B.当 ff0时，该振动系统的振幅随 f 减小而增大 C.该振动系统的振动稳定后，振动的频率等于 f0 D.该振动系统的振动稳定后，振动的频率等于 f 答案 BD 解析 物体在驱动力作用下的振动叫做受迫振动，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
7、率没有关系，驱动力的频率接近物 体的固有频率时，受迫振动的振幅增大，所以选项 B、D 正确。 【针对训练 1】 如图所示的装置， 弹簧振子的固有频率是 4 Hz。 现匀速转动把手， 给弹簧振子以周期性的驱动力，测得弹簧振子振动达到稳定时的频率为 1 Hz，则 把手转动的频率为( ) A.1 Hz B.3 Hz C.4 Hz D.5 Hz 答案 A 解析 受迫振动的频率等于驱动力的频率，把手转动的频率为 1 Hz，选项 A 正 确。 探究探究 2 共共 振振 情境导入 双桶洗衣机在衣服脱水完毕拔掉电源后，电动机还要转动一会才能停下来。在拔 掉电源后，发现洗衣机先振动得比较弱，有一阵子振动得很剧烈
8、，然后振动慢慢 减弱直至停下来。 (1)开始时，洗衣机为什么振动比较弱？ (2)期间剧烈振动的原因是什么？ 答案 (1)开始时，脱水桶转动的频率远高于洗衣机的固有频率，振幅较小，振动 比较弱。 (2)当洗衣机脱水桶转动的频率等于洗衣机的固有频率时发生共振，振动剧烈。 归纳拓展 1.发生共振的条件 f驱f固，即驱动力的频率等于振动系统的固有频率。 2.对共振条件的理解 (1)从受力角度看：当振动物体所受驱动力的方向跟它的运动方向相同时，驱动 力对它起加速作用，使它的振幅增大，当驱动力的频率等于物体的固有频率时， 它的每一次作用都使物体的振幅增加，从而振幅达到最大。 (2)从功能关系看：当驱动力的
9、频率等于物体的固有频率时，驱动力始终对物体做 正功，使振动能量不断增加，振幅不断增大，直到增加的能量等于克服阻尼作用 损耗的能量，振幅才不再增加。 3.共振的防止与运用 通过增大驱动力周期与固有周期的差距防止共振。通过减小驱动力周期与固有周 期的差距应用共振。 【例 2】 (多选)(2021 怀仁市第一中学月考)如图所示是一弹簧振子做受迫振动时 的振幅与驱动力频率的关系，由图可知( ) A.驱动力的频率为 f2时，振子处于共振状态 B.驱动力的频率为 f3时，振子的振动频率为 f3 C.假如让振子自由振动，它的频率为 f2 D.振子做自由振动时，频率可以为 f1、f2和 f3 答案 ABC 解
10、析 由共振曲线可以知道，出现振幅最大时，驱动力的频率等于固有频率，所 以驱动频率为 f2时，振子处于共振状态，A 正确；受迫振动的频率由驱动力频率 决定，驱动力的频率为 f3时，振子振动的频率也为 f3，B 正确；当驱动力频率等 于固有频率时，振子的振动幅度最大，故由图看出固有频率为 f2，振子自由振动 的频率等于系统本身的固有频率，为 f2，C 正确，D 错误。 【针对训练 2】 (多选)(2021 中牟县第一高级中学月考)把一个筛子用四根弹簧支 起来，筛子上固定一个电动偏心轮，它每转一周，给筛子一个驱动力，这样就做 成了一个共振筛，筛子做自由振动时，完成 10 次全振动用时 15 s。在某
11、电压下， 电动偏心轮转速是 36 r/min。已知增大电压可使偏心轮转速提高；增加筛子的质 量，可以增大筛子的固有周期。那么要使筛子的振幅增大，下列哪些做法是正确 的( ) A.提高输入电压 B.降低输入电压 C.增加筛子质量 D.减小筛子质量 答案 AC 解析 在题设条件下，筛子振动固有周期 T固15 10 s1.5 s，电动偏心轮的转动周 期(对筛子来说是驱动力的周期)T驱60 36 s1.67 s，要使筛子振幅增大，就是使这 两个周期值靠近，可采用两种做法：第一，提高输入电压，偏心轮转得快一些， 减小驱动力的周期；第二，增加筛子的质量使筛子的固有周期增大。故 A、C 正 确。 1.(阻尼
12、振动)(多选)一单摆在空气中振动， 振幅逐渐减小， 下列说法正确的是( ) A.振动的机械能逐渐转化为其他形式的能 B.后一时刻的动能一定小于前一时刻的动能 C.后一时刻的势能一定小于前一时刻的势能 D.后一时刻的机械能一定小于前一时刻的机械能 答案 AD 解析 单摆振动过程中，会不断克服空气阻力做功使机械能逐渐转化为内能，选 项 A、D 正确；虽然单摆总的机械能在逐渐减少，但在振动过程中动能和势能仍 不断地相互转化。动能转化为势能时，动能逐渐减少，势能逐渐增加，而势能转 化为动能时，势能逐渐减少，动能逐渐增加，所以不能断言后一时刻的动能(或势 能)一定小于前一时刻的动能(或势能)，故选项 B
13、、C 错误。 2.(受迫振动)(2021 阜新市第二高级中学月考)下列振动中属于受迫振动的是 ( ) A.用重锤敲击一下悬吊着的钟后，钟的摆动 B.打点计时器接通电源后，振针的振动 C.小孩睡在自由摆动的吊床上，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 答案 B 解析 敲击后的钟不再受驱动力， 其振动是自由振动， 不属于受迫振动， A 错误； 电磁式打点计时器接通电源后，振针的振动受电源的驱动，属于受迫振动，振动 频率等于交流电的频率，B 正确；小孩睡在自由摆动的吊床上，小孩随着吊床一 起摆动，由于空气阻力的作用，小孩和吊床一起做阻尼振动，选项 C 错误；忽略 空气阻力，弹
14、簧振子在竖直方向上沿上下方向振动时，受到的合外力属于简谐运 动回复力的特点，故属于简谐振动，D 错误。 3.(共振的理解、 防止与运用)(2021 内蒙古北重三中期中)如图两个弹簧振子悬挂在 同一支架上， 已知甲弹簧振子的固有频率为 8 Hz， 乙弹簧振子的固有频率为 72 Hz， 当支架在受到竖直方向且频率为 9 Hz 的驱动力作用做受迫振动时， 则两个弹簧振 子的振动情况是( ) A.甲的振幅较大，且振动频率为 8 Hz B.甲的振幅较大，且振动频率为 9 Hz C.乙的振幅较大，且振动频率为 9 Hz D.乙的振幅较大，且振动频率为 72 Hz 答案 B 解析 支架在受到竖直方向且频率为
15、 9 Hz 的驱动力作用下做受迫振动时， 甲乙两 个弹簧振子都做受迫振动，它们振动的频率都等于驱动力的频率 9 Hz，由于甲的 频率接近于驱动力的频率，所以甲的振幅较大。 4.(共振)(2021 河南南阳华龙中学月考)如图所示的装置中， 在曲轴 AB 上悬挂一个 弹簧振子， 若不转动把手 C， 让其上下振动， 周期为 T1， 若使把手以周期 T2(T2T1) 匀速转动，当运动都稳定后，则( ) A.弹簧振子的振动周期为 T1 B.弹簧振子的振动周期为T 2T1 2 C.要使弹簧振子的振幅增大，可让把手转速减小 D.要使弹簧振子的振幅增大，可让把手转速增大 答案 D 解析 弹簧振子在把手作用下做受迫振动，因此振动周期等于驱动力的周期，等 于 T2，故 A、B 错误；驱动力的周期与弹簧振子的固有周期越接近，振幅越大， 由于 T2T1，欲使振幅增大，应使 T2减小，即转速应增大，故 C 错误，D 正确。