第五节、外力作用下的振动
一、阻尼振动
问、弹簧振子做简谐运动时所受的回复力是什么？（弹簧对振子的拉力）
问、弹簧对振子的拉力是系统的内力还是外力？（内力）
说明：如果在理想情况下，振子不受任何外力例如摩擦力、空气阻力等等，那么这样的振动
             就称之为固有振动，其振动频率就称之为固有频率其振动周期就称之为固有周期
说明：如果弹簧振子受到摩擦阻力、空气阻力等等其他一些外力，那我们就说振子受到阻尼的作用
问：如果物体受到阻尼的作用从能量角度分析过程？（振动系统的机械能要逐渐转化为内能）
问：物体的振幅如何变化？（逐渐减小）
说明：振幅逐渐减小的振动就称之为阻尼振动
问：如果阻尼较大，振子的振幅变化快慢如何？（振幅减小得比较快，如果阻尼过大，系统有可能不会发生振动）
问：如果阻尼较小，振子的振幅变化快慢如何？（振幅减小得比较慢，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，可以把它当作简谐运动）
二、受迫振动
问：阻尼振动最终要停下来，那怎样才能产生持续的振动呢？（最简单的方法就是对系统施加周期性的外力，例如荡秋千，不过不加外力，人振动几次以后就要停下来，要使人的振动不停下来，最简单的方法就是对人施加周期性的推力）
说明：周期性的外力就称之为驱动力
说明：物体在驱动力作用下的振动就称之为受迫振动
问：请你从能量的角度来分析受迫振动？（阻力对系统做负功，驱动力对系统做正功，补偿系统能量的损耗）
问：受迫振动的周期、频率跟什么因素有关呢？（请看下面的实验）
实验装置：架子上面放有一个电动机，架子下面是两个弹簧，弹簧中间各夹有一个小球，可以改变电动机的转速从而改变驱动力的频率
实验过程：接通电源，使小球做受迫振动，记录驱动力的周期和小球受迫振动的周期。改变驱动力的周期再次记录驱动力的周期和小球受迫振动的周期，研究两个周期之间的关系
实验现象：小球做受迫振动的周期和外界驱动力的周期相同
问：弹簧振子有确定的固有周期吗？（所谓固有周期是物体在不受外力作用的情况下所作的振动，因此物体有确定的固有周期）
问：物体做受迫振动的周期和和外界驱动力的周期相同，随着外界驱动力周期的变化而变化，那么，物体做受迫振动的周期和弹簧振子的固有周期有关吗？（无关）
实验结论：物体做受迫振动的周期由外界驱动力的周期决定，跟系统的固有周期无关。通俗的讲是人在江湖，身不由己。
三、共振
说明：系统A在驱动力B的作用下做受迫振动，驱动力B的频率是多少物体A的频率就是多少，跟物体A的固有频率无关。
问：物体A的振幅跟驱动力的频率有没有关系呢，会是什么关系呢？（请看下面的实验）
实验：
实验装置：两个竖直的杆之间有一根张紧的绳，绳子下面系着几个摆，其中A、B摆的摆长相同，D摆摆长最大，C摆摆长最小
实验过程：将A摆拉过一定的角度释放，比较B、C、D三个摆的周期及其振幅
实验现象：B、C、D三个摆的振动周期相同，但B摆的振幅最大
问：为什么B、C、D三个摆的振动周期相同？（A摆自由振动给张紧的绳一个作用力，张紧的绳又给B、C、D三个摆一个相同的驱动力，因此B、C、D三个摆做受迫振动，因此A、B、C、D四个摆的周期相同
问：B摆的振幅最大可以说明什么？（A、B摆的摆长相同，所以A、B摆的固有周期、固有频率相同，由此可见驱动力的周期和B的周期相同，跟C、D摆的周期不同，由此可见，当驱动力的周期、频率等于系统的固有周期、频率时，系统的振幅最大，这个现象称之为共振）
说明：如果驱动力的频率可以调节，可以从小到大调节，当驱动力的频率逐渐接近系统的固有频率时，系统的振幅逐渐增大，当驱动力的频率跟系统的固有频率相同，系统的振幅最大，当驱动力的频率再增大时，系统的振幅就要减小。打个比方，当上级对我提出的要求接近我的实际情况时，我的积极性较高，当上级对于的要求低于我的实际能力时我的积极性较小，当上级对我提出的要求高于我的实际情况时，我的积极性也要下降。
说明：我们可以用下面这个图来表示驱动力的频率和系统的振幅之间的关系。

       理解：
       纵轴表示什么？（振动系统的振幅）
       横轴表示什么？（驱动力的频率）
       f0表示什么？（振动系统的固有频率）
补充：共鸣
问：什么是共鸣？（声音的共振）
实验：
实验装置：两个固有频率相同的音叉A和B和一个小套
实验过程：将两个音叉靠近，敲动音叉A或立即按住音叉A
实验现象：仍然可以听到嗡嗡的声音
解释：音叉A振动，给周围的空气一个驱动力，于是周围的空气开始振动，振动的空气给音叉B一个驱动力，由于音叉B的频率和驱动力的频率相同，所以音叉B发生共振，能够听到嗡嗡声
实验过程：在音叉B上套上一个小套，将两个音叉靠近，敲动音叉A或立即按住音叉A
实验现象：不能听到嗡嗡的声音
解释：音叉A振动，给周围的空气一个驱动力，于是周围的空气开始振动，振动的空气给音叉B一个驱动力，但是音叉B的固有频率发生变化，所以音叉B的频率和驱动力的频率不同，所以音叉B不能发生共振，不能听到嗡嗡声
补充：共振的应用和防止
问：共振现象在现实中有什么应用？（共振筛、速度计。共振筛是在筛子上安装一个转轮，当转轮的频率和筛子的固有频率相同时，筛子的振幅最大，就可以提高筛选的效率）
问：共振现象在现实中有防止共振的例子？（部队过桥时不是齐步走而是正常走路，厂房的建筑物的固有频率不能处在机器转动的频率之内）

        
第五节、外力作用下的振动
板书设计
一、阻尼振动
问、弹簧振子做简谐运动时所受的回复力是什么？（弹簧对振子的拉力）
问、弹簧对振子的拉力是系统的内力还是外力？（内力）
说明：如果在理想情况下，振子不受任何外力例如摩擦力、空气阻力等等，那么这样的振动
             就称之为固有振动，其振动频率就称之为固有频率其振动周期就称之为固有周期
说明：如果弹簧振子受到摩擦阻力、空气阻力等等其他一些外力，那我们就说振子受到阻尼的作用
问：如果物体受到阻尼的作用从能量角度分析过程？（振动系统的机械能要逐渐转化为内能）
问：物体的振幅如何变化？（逐渐减小）
说明：振幅逐渐减小的振动就称之为阻尼振动
问：如果阻尼较大，振子的振幅变化快慢如何？（振幅减小得比较快，如果阻尼过大，系统有可能不会发生振动）
问：如果阻尼较小，振子的振幅变化快慢如何？（振幅减小得比较慢，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，可以把它当作简谐运动）
二、受迫振动
问：阻尼振动最终要停下来，那怎样才能产生持续的振动呢？（最简单的方法就是对系统施加周期性的外力，例如荡秋千，不过不加外力，人振动几次以后就要停下来，要使人的振动不停下来，最简单的方法就是对人施加周期性的推力）
说明：周期性的外力就称之为驱动力
说明：物体在驱动力作用下的振动就称之为受迫振动
问：请你从能量的角度来分析受迫振动？（阻力对系统做负功，驱动力对系统做正功，补偿系统能量的损耗）
问：受迫振动的周期、频率跟什么因素有关呢？（请看下面的实验）
实验装置：架子上面放有一个电动机，架子下面是两个弹簧，弹簧中间各夹有一个小球，可以改变电动机的转速从而改变驱动力的频率
实验过程：接通电源，使小球做受迫振动，记录驱动力的周期和小球受迫振动的周期。改变驱动力的周期再次记录驱动力的周期和小球受迫振动的周期，研究两个周期之间的关系
实验现象：小球做受迫振动的周期和外界驱动力的周期相同
问：弹簧振子有确定的固有周期吗？（所谓固有周期是物体在不受外力作用的情况下所作的振动，因此物体有确定的固有周期）
问：物体做受迫振动的周期和和外界驱动力的周期相同，随着外界驱动力周期的变化而变化，那么，物体做受迫振动的周期和弹簧振子的固有周期有关吗？（无关）
实验结论：物体做受迫振动的周期由外界驱动力的周期决定，跟系统的固有周期无关。通俗的讲是人在江湖，身不由己。
三、共振
说明：系统A在驱动力B的作用下做受迫振动，驱动力B的频率是多少物体A的频率就是多少，跟物体A的固有频率无关。
问：物体A的振幅跟驱动力的频率有没有关系呢，会是什么关系呢？（请看下面的实验）
实验：
实验装置：两个竖直的杆之间有一根张紧的绳，绳子下面系着几个摆，其中A、B摆的摆长相同，D摆摆长最大，C摆摆长最小
实验过程：将A摆拉过一定的角度释放，比较B、C、D三个摆的周期及其振幅
实验现象：B、C、D三个摆的振动周期相同，但B摆的振幅最大
问：为什么B、C、D三个摆的振动周期相同？（A摆自由振动给张紧的绳一个作用力，张紧的绳又给B、C、D三个摆一个相同的驱动力，因此B、C、D三个摆做受迫振动，因此A、B、C、D四个摆的周期相同
问：B摆的振幅最大可以说明什么？（A、B摆的摆长相同，所以A、B摆的固有周期、固有频率相同，由此可见驱动力的周期和B的周期相同，跟C、D摆的周期不同，由此可见，当驱动力的周期、频率等于系统的固有周期、频率时，系统的振幅最大，这个现象称之为共振）
说明：如果驱动力的频率可以调节，可以从小到大调节，当驱动力的频率逐渐接近系统的固有频率时，系统的振幅逐渐增大，当驱动力的频率跟系统的固有频率相同，系统的振幅最大，当驱动力的频率再增大时，系统的振幅就要减小。打个比方，当上级对我提出的要求接近我的实际情况时，我的积极性较高，当上级对于的要求低于我的实际能力时我的积极性较小，当上级对我提出的要求高于我的实际情况时，我的积极性也要下降。
说明：我们可以用下面这个图来表示驱动力的频率和系统的振幅之间的关系。

       理解：
       纵轴表示什么？（振动系统的振幅）
       横轴表示什么？（驱动力的频率）
       f0表示什么？（振动系统的固有频率）
补充：共鸣
问：什么是共鸣？（声音的共振）
实验：
实验装置：两个固有频率相同的音叉A和B和一个小套
实验过程：将两个音叉靠近，敲动音叉A或立即按住音叉A
实验现象：仍然可以听到嗡嗡的声音
解释：音叉A振动，给周围的空气一个驱动力，于是周围的空气开始振动，振动的空气给音叉B一个驱动力，由于音叉B的频率和驱动力的频率相同，所以音叉B发生共振，能够听到嗡嗡声
实验过程：在音叉B上套上一个小套，将两个音叉靠近，敲动音叉A或立即按住音叉A
实验现象：不能听到嗡嗡的声音
解释：音叉A振动，给周围的空气一个驱动力，于是周围的空气开始振动，振动的空气给音叉B一个驱动力，但是音叉B的固有频率发生变化，所以音叉B的频率和驱动力的频率不同，所以音叉B不能发生共振，不能听到嗡嗡声
补充：共振的应用和防止
问：共振现象在现实中有什么应用？（共振筛、速度计。共振筛是在筛子上安装一个转轮，当转轮的频率和筛子的固有频率相同时，筛子的振幅最大，就可以提高筛选的效率）
问：共振现象在现实中有防止共振的例子？（部队过桥时不是齐步走而是正常走路，厂房的建筑物的固有频率不能处在机器转动的频率之内）