資源簡介

6　受迫振動　共振
學習任務一　對阻尼振動的理解
[教材鏈接] 閱讀教材,填寫固有振動和振動中的動能損失的相關知識.
(1)彈簧振子與單擺在沒有外力干預的情況下做簡諧運動,周期或頻率與振幅無關,僅由系統自身的性質決定,我們把這種振動稱為　　　　　,其振動頻率稱為　　　　　　.
(2)生活中,搖曳的樹葉會停下來,擺動的秋千也會停止運動.由于實際的振動系統都會受到摩擦力、黏滯力等阻礙作用,　　　　必然逐漸減小.這種　　　　隨時間逐漸減小的振動稱為阻尼振動,其振動圖像如圖所示.
例1 (多選)一單擺做阻尼振動,則在振動過程中(　)
A.振幅越來越小,周期也越來越小
B.振幅越來越小,周期不變
C.機械能不守恒,周期不變
D.通過某一位置時的機械能始終不變
變式1 (多選)[2022·杭州二中月考] 如圖所示是單擺做阻尼振動的振動圖線,下列說法中正確的是 (　)
A.擺球在C時刻的動能等于在B時刻的動能
B.擺球在C時刻的勢能等于在B時刻的勢能
C.擺球在C時刻的機械能等于在B時刻的機械能
D.擺球在C時刻的機械能大于在B時刻的機械能
[反思感悟]

【要點總結】
1.對于一個確定的振動系統來說,固有周期和固有頻率是確定的,與振動的振幅無關.
2.振動系統的阻尼越大,振幅減小得越快;阻尼過大時,系統不能發生振動.
3.振動系統做阻尼振動時,振幅雖不斷減小,但振動的頻率仍由系統自身結構特點決定,并不隨振幅的減小而變化.
學習任務二　對受迫振動的理解
[教材鏈接] 閱讀教材,填寫受迫振動的相關知識.
　　　　　　　　作用于振動系統,　　　　　　　　,補償系統的能量損耗,使系統的振動維持下去.這種　　　　　　　　叫作　　　　,系統在　　　　作用下的振動叫作受迫振動.
物體做受迫振動達到穩定后,物體振動的頻率等于　　　　的頻率,與物體的固有頻率　　　　.
例2 下列各種振動中,不是受迫振動的是 (　)
A.敲擊后的鑼面的振動
B.縫紉機針的振動
C.人挑擔子時,擔子上下振動
D.蜻蜓、蝴蝶翅膀的振動
[反思感悟]

【要點總結】
1.跟回復力一樣,驅動力也是按效果命名的力.
2.受迫振動的頻率等于驅動力的頻率,與振動系統的固有頻率無關.
學習任務三　對共振現象的理解
[教材鏈接] 閱讀教材,填寫共振的相關知識.
(1)受迫振動的振幅:當物體做受迫振動時,驅動力的頻率越接近物體的　　　　　　,振動的振幅越大.
(2)共振:驅動力的頻率等于物體的　　　　時,受迫振動的振幅　　　　,這種現象叫作共振.
(3)共振曲線:如圖所示.
例3 (多選)如圖所示為一個自制的振動系統.在泡沫底座上插上兩根彈性很好的細竹片,將塑料夾夾在竹片上端做成A、B兩個“單擺”.A、B除塑料夾的高度不同外,其他條件完全相同.當底座沿某一方向做周期性振動時,A、B也跟著振動起來.下列說法正確的是　　 (　)
A.A的固有頻率比B的大
B.當底座做周期性振動時,A的振動頻率比B的大
C.當底座的振動頻率由零開始從小到大變化(保持振幅不變)時,開始時B的振幅比A的大,之后A的振幅比B的大
D.當底座的振動頻率由零開始從小到大變化(保持振幅不變)時,開始時A的振幅比B的大,之后B的振幅比A的大
[反思感悟]

變式2 [2022·效實中學月考] 如圖甲所示,一個有固定轉動軸的豎直圓盤轉動時,固定在圓盤上的小圓柱帶動一個T形支架在豎直方向運動,使T形支架下面的彈簧和小球組成的振動系統做受迫振動.小球的振幅A與圓盤的轉速n的關系如圖乙所示.下列說法正確的是 (　)
A.振動系統的固有周期為20 min
B.振動系統的固有周期為3 s
C.圓盤的轉速越大,擺件振動的振幅越大
D.圓盤的轉速越大,擺件振動的頻率越小
[反思感悟]


變式3 如圖所示,松果采摘機利用機械臂抱緊樹干,通過采摘振動頭振動而搖動樹干,使得松果脫落.下列說法正確是 (　)
A.工作中,樹干的振動頻率等于采摘振動頭的振動頻率
B.采摘振動頭振動頻率越高,則落果的效果越好
C.采摘振動頭振動頻率越高,則樹干的振動幅度越大
D.采摘振動頭停止振動,則樹干的振動頻率逐漸減小
[反思感悟]


1.(對阻尼振動的理解)(多選)若空氣阻力不可忽略,則單擺在偏角很小的擺動中,總是減小的物理量為(　)
A.振幅 B.位移
C.周期 D.機械能
2.(對受迫振動的理解) 如圖所示,曲軸上懸掛一彈簧振子,搖動搖把,曲軸可以帶動彈簧振子上下振動,開始時不轉動搖把,讓物塊自由振動,測得其頻率為2 Hz,然后勻速轉動搖把,轉速為240 r/min,當物塊振動穩定時,它的振動周期為(　)
A.0.5 s
B.0.25 s
C.2 s
D.4 s
3.(共振的條件)[2022·海亮高級中學月考] 單擺M、N、O、P自由振動時,振動圖像分別如圖甲、乙、丙、丁所示.現將單擺M、N、O、P懸掛在如圖所示支架的細線上,并保持各自的擺長不變,使其中一個單擺振動,經過足夠長的時間,其他三個都可能振動起來,不計空氣阻力,下列判斷正確的是 (　)
A.若使M振動起來,P不會振動
B.若使N振動起來,穩定時N振動的周期仍小于O的振動周期
C.若使P振動起來,穩定時M比N的振幅大
D.若使O振動起來,穩定時M的振動周期等于2 s
4.(對共振的理解)2021年5月18日中午深圳賽格大廈發生晃動.排除地震、臺風等因素的影響,專家推測可能發生了偶然性共振現象.為減小晃動幅度,你認為以下措施最具操作性的是 (　)
A.降低大廈高度增加穩定性
B.減小大廈質量改變固有頻率
C.消除周邊振源改變驅動力來源
D.安裝阻尼振動裝置減小振動幅度
[反思感悟]

6　受迫振動　共振
[教材鏈接] (1)固有振動　固有頻率　(2)振幅　振幅
例1　BC　[解析] 單擺做阻尼振動,振幅越來越小,機械能越來越小,但振動周期保持不變,選項B、C正確.
變式1　BD　[解析] 在單擺振動過程中,因不斷克服空氣阻力做功而使擺球的機械能逐漸轉化為內能,C錯誤,D正確;單擺做阻尼振動的過程中,再次經過同一位置時,勢能不變,動能減小,A錯誤,B正確.
[教材鏈接] 周期性的外力　外力對系統做功　周期性的外力　驅動力　驅動力　驅動力　無關
例2　A　[解析] 受迫振動是物體在周期性外力(即驅動力)作用下的運動,而鑼面在敲擊后并沒有受到周期性外力作用,故A不是受迫振動,B、C、D都是受迫振動.
[教材鏈接] (1)固有頻率　(2)固有頻率　最大
例3　AC　[解析] 將塑料夾夾在竹片上端做成兩個“單擺”,可運用單擺的周期公式來判斷A、B的固有周期和固有頻率的關系,由于固定點在下方,根據T=2π,有lB>lA,所以TB>TA,則fB變式2　B　[解析] 根據圖像可得當轉速為n=20 r/min= r/s,振動系統受迫振動的振幅最大,所以振動系統的固有周期為T==3 s,A錯誤,B正確;由圖可知,開始時圓盤轉速越大,驅動力頻率越大,此時擺件振動的振幅變大,當達到共振時振幅最大,再隨著轉速增大,驅動力頻率增大,振幅又減小,C錯誤;受迫振動的頻率與驅動力頻率相同,轉速越大,驅動力頻率越大則擺件振動的頻率越大,D錯誤.
變式3　A　[解析] 工作中,樹干做的是受迫振動,其振動頻率等于采摘振動頭的振動頻率,故A正確;采摘振動頭振動頻率和樹干的固有頻率相同時,振幅最大,落果效果最好,故B、C錯誤;采摘振動頭停止振動,則樹干的振動頻率不變,振幅逐漸減小,故D錯誤.
隨堂鞏固
1.AD　[解析] 有空氣阻力時,振動為阻尼振動,振幅不斷減小,機械能也不斷減小;位移周期性變化,不是一直減小;根據單擺周期公式T=2π可知,l、g不變,則T不變,故選項A、D正確.
2.B　[解析] 受迫振動的頻率等于驅動力的頻率,驅動力的頻率f=n=240 r/min=4 r/s=4 Hz,故物塊振動穩定后的振動頻率為4 Hz,其受迫振動的周期為0.25 s,選項B正確.
3.C　[解析] 若使M振動起來,其他單擺會做受迫振動,故A錯誤;受迫振動的周期等于驅動力的周期,故B錯誤;若P振動起來,由于M的固有周期與驅動力的周期相同,M發生共振,穩定時M比N的振幅大,故C正確;O的周期為3 s,使O振動起來,M做受迫振動,則周期為3 s,故D錯誤.
4.C　[解析] 當兩個物體的振動頻率相等時,一個物體振動,另一個物體發生共振現象;故當物體的固有頻率和振源接近,會以較大的振幅做振動,從而形成共振.降低大廈高度增加穩定性、減小大廈質量改變固有頻率、安裝阻尼振動裝置減小振動幅度都可以通過改變大廈的固有頻率從而防止共振現象的發生,但是不便操作;消除周邊振源改變驅動力來源則比較具有操作性,故C正確,A、B、D錯誤.

展開更多......

收起↑