河北省邢台市高中物理 第十一章 机械振动11.5 外力作用下的振动

河北省邢台市高中物理 第十一章 机械振动11.5 外力作用下的振动

‎11.5 外力作用下的振动 ‎ ‎[目标定位] 1.知道什么是阻尼振动；知道在什么情况下可以把实际发生的振动看做简谐运动.2.知道什么叫驱动力，什么叫受迫振动，通过实验，认识受迫振动的特点.3.知道共振发生的条件以及应用共振和防止共振的事例和方法．‎ 一、阻尼振动 ‎1．固有振动 如果振动不受外力的作用，此时的振动叫做固有振动，其振动频率称为 ．‎ ‎2．阻尼振动 阻力作用下的振动：当振动系统受到阻力的作用时，振动受到了 ，系统克服 的作用要做功，消耗机械能，因而 减小，最后停下来．振幅逐渐减小的振动，叫做阻尼振动．‎ 想一想 阻尼振动中，在振幅逐渐减小的过程中，振子的周期如何变化？‎ 二、受迫振动 ‎1．驱动力： 的外力．‎ ‎2．受迫振动：系统在 作用下的振动．‎ 想一想 受迫振动的频率与系统的固有频率有关吗？‎ 三、共振 ‎1．受迫振动的频率：不管系统的固有频率如何，它做受迫振动的频率总等于周期性 的频率，与系统的 无关．‎ ‎2．共振：驱动力频率f 系统的固有频率f0时，受迫振动的 最大，这种现象叫做共振．‎ 想一想 自由振动、受迫振动和共振分别对应的周期(或频率)是什么？‎ 一、阻尼振动和受迫振动 ‎1．阻尼振动是振动系统在阻力的作用下，振幅逐渐减小的振动．‎ 说明：阻尼振动中振幅虽逐渐减小，但振动的频率不会变化，此频率称为固有频率，由振动系统决定．‎ ‎2．受迫振动是指系统在驱动力作用下的振动．做受迫振动的物体的振动频率等于驱动力的频率，与物体的固有频率无关．‎ 说明：受迫振动中，若周期性的驱动力给系统补充的能量与系统因振动阻尼消耗的能量相等，物体做等幅振动，但此振动不是简谐运动．‎ ‎【例1】 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 图11－5－1‎ ‎【例2】 (2020·江苏，12B)如图11－5－1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 二、对共振的理解 ‎1．定义 物体做受迫振动时，当驱动力的频率等于系统的固有频率时，振动的振幅最大，这种现象叫共振．‎ ‎2．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．‎ ‎3．共振曲线(如图11－5－2所示)‎ 图11－5－2‎ ‎4．共振的防止与利用 ‎(1)利用：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、荡秋千、共振转速计等．‎ ‎(2)防止：由共振曲线可知，在需要防止共振危害时，要尽量使驱动力的频率和固有频率不相等，而且相差越多越好．如：部队过桥应便步走．‎ 说明：共振是物体做受迫振动时的一种特殊现象．‎ 图11－5－3‎ ‎【例3】 在一根张紧的水平绳上悬挂五个摆，其中A、E的摆长为l，B的摆长为‎0.5l，C的摆长为‎1.5l，D的摆长为‎2l，先使A振动起来，其他各摆随后也振动起来，则摆球振动稳定后( )‎ A．D的振幅一定最大 B．E的振幅一定最大 C．B的周期一定最短 D．四个摆的周期相同 图11－5－4‎ ‎【例4】 如图11－5－4表示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．驱动力频率为f2时，振子处于共振状态 B．驱动力频率为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、f3‎ 对阻尼振动的理解 ‎1．若空气阻力不可忽略，单摆在偏角很小的摆动中，总是减小的物理量为( )‎ A．振幅 B．位移 C．周期 D．机械能 ‎2．如 图11－5－5‎ 图11－5－5所示是单摆做阻尼运动的位移—时间图线，下列说法中正确的是( )‎ A．摆球在P与N时刻的势能相等 B．摆球在P与N时刻的动能相等 C．摆球在P与N时刻的机械能相等 D．摆球在P时刻的机械能小于N时刻的机械能 对受迫振动的理解 图11－5－6‎ ‎3．如图11－5－6所示，曲轴上悬挂一弹簧振子，转动摇把，曲轴可以带动弹簧振子上下振动．开始时不转动摇把，让振子上下自由振动，测得振动频率为2 Hz，然后匀速转动摇把，转速为240 r/min，当振子振动稳定后，它的振动周期为( )‎ A. s B. s C．2 s D．4 s 对共振的理解 图11－5－7‎ ‎4．一个单摆做受迫振动，其共振曲线(振幅A与驱动力的频率f的关系)如图11－5－7所示，则( )‎ A．此单摆的固有周期约为0.5 s B．此单摆的摆长约为‎1 m C．若摆长增大，单摆的固有频率增大 D．若摆长增大，共振曲线的峰将向右移动 题组一 对阻尼振动的理解 ‎1．自由摆动的秋千，摆动的振幅越来越小，下列说法正确的是( )‎ A．机械能守恒 B．能量正在消失 C．总能量守恒，机械能减小 D．只有动能和势能的相互转化 ‎2．关于阻尼振动，以下说法中正确的是( )‎ A．机械能不断减小 B．动能不断减小 C．振幅不断减小 D．一定不是简谐运动 题组二 对受迫振动的理解 ‎3．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 ‎4．下列说法中正确的是( )‎ A．实际的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 ‎5．下列说法中正确的是( )‎ A．有阻力的振动叫做受迫振动 B．物体振动时受到外力作用，它的振动就是受迫振动 C．物体在周期性外力作用下的振动叫做受迫振动 D．物体在周期性外力作用下振动，它的振动频率最终等于驱动力频率 ‎6．两个弹簧振子，甲的固有频率是100 Hz，乙的固有频率是400 Hz，若它们均在频率是300 Hz的驱动力作用下做受迫振动，则振动稳定后( )‎ A．甲的振幅较大，振动频率是100 Hz B．乙的振幅较大，振动频率是300 Hz C．甲的振幅较大，振动频率是300 Hz D．乙的振幅较大，振动频率是400 Hz ‎7．2020年4月20日上午8时，四川雅安地区发生了7.0级大地震灾害，导致很多房屋坍塌，场景惨不忍睹，在发生地震时，下列说法正确的是( )‎ A．所有建筑物振动周期相同 B．所有建筑物振幅相同 C．建筑物的振动周期由其固有周期决定 D．所有建筑物均做受迫振动 题组三 共振及其应用与防止 ‎8．下列关于应用共振和防止共振的说法，正确的是( )‎ A．共振现象总是有害的，所以要避免共振现象发生 B．队伍过桥要慢行是为了不产生周期性的驱动力，从而避免产生共振 C．火车过桥慢行是为了使驱动力的频率远小于桥的固有频率，从而避免产生共振 D．利用共振时，应使驱动力的频率接近或等于振动物体的固有频率；防止共振危害时，应使驱动力的频率远离振动物体的固有频率 图11－5－8‎ ‎9．如图11－5－8所示，在一条张紧的绳上挂7个摆，先让A摆振动起来，则其余各摆也随之振动，已知A、B、F三摆的摆长相同，则下列判断正确的是( )‎ A．7个摆的固有频率都相同 B．振动稳定后7个摆的振动频率都相同 C．B、F摆的摆长与A摆相同，它们的振幅最大 D．除A摆外，D、E摆离A摆最近，它们的振幅最大 ‎10．脱水机把衣服脱水完后切断电源，电动机还要转一会儿才能停下来，在这一过程中，发现脱水机在某一时刻振动得很剧烈，然后又慢慢振动直至停止运转，其中振动很剧烈的原因是( )‎ A．脱水机没有放平稳 B．电动机在这一时刻转快了 C．电动机在这一时刻的转动频率跟脱水机的固有频率相近或相等 D．是脱水机出现了故障 ‎11．铺设铁轨时，每两根钢轨接缝处都必须留有一定的间隙，匀速运行的列车经过轨端接缝处时，车轮就会受到一次冲击．由于每一根钢轨长度相等．所以这个冲击力是周期性的，列车受到周期性的冲击做受迫振动．普通钢轨长为‎12.6 m，列车固有振动周期为0.315 s．下列说法正确的是( )‎ A．列车的危险速率为‎40 m/s B．列车过桥需要减速，是为了防止列车发生共振现象 C．列车运行的振动频率和列车的固有频率总是相等的 D．增加钢轨的长度有利于列车高速运行 ‎12．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(如图11－5－9所示)．不开电动机让这个筛子自由振动时，完成20次全振动用15 s；在某电压下，电动偏心轮的转速是88 r/min.已知增大电动偏心轮的电压可以使其转速提高，而增加筛子的总质量可以增大筛子的固有周期．为使共振筛的振幅增大，以下做法可行的是( )‎ 图11－5－9‎ A．降低输入电压 B．提高输入电压 C．增加筛子质量 D．减小筛子质量 图11－5－10‎ ‎13．如图11－5－10所示为单摆在两次受迫振动中的共振曲线，下列说法正确的是( )‎ A．若两次受迫振动分别在月球上和地球上进行，且摆长相同，则图线Ⅰ表示月球上单摆的共振曲线 B．若两次受迫振动是在地球上同一地点进行，则两次摆长之比l1∶l2＝25∶4‎ C．图线Ⅱ若是在地球上完成的，则该摆摆长约为‎1 m D．若摆长均为‎1 m，则图线Ⅰ是在地球上完成的