《2019-2020学年人教版物理选修3-4（浙江新高考专用版）讲义：第十一章 机械振动 5 .docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2019-2020学年人教版物理选修3-4（浙江新高考专用版）讲义：第十一章 机械振动 5 .docx（15页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、5外力作用下的振动知识内容选考要求课时要求外力作用下的振动b1.了解固有振动和固有频率2了解阻尼振动及其能量的变化情况3了解受迫振动，知道其频率等于驱动力的频率而与物体的固有频率无关4了解共振现象，知道其产生的条件，理解共振曲线.一、固有振动、阻尼振动1固有振动和固有频率(1)固有振动：振动系统在不受外力作用下的振动(2)固有频率：固有振动的频率2阻尼振动(1)阻尼：当振动系统受到阻力的作用时，振动受到了阻尼(2)阻尼振动：振幅逐渐减小的振动，如图1所示图1二、受迫振动1驱动力作用于振动系统的，使系统振动维持下去的，周期性的外力2受迫振动(1)定义：系统在驱动力作用下的振动(2)受迫振动的频率
2、(周期)做受迫振动的物体，其振动频率总等于驱动力的频率，与系统的固有频率无关三、共振1定义驱动力的频率f等于系统的固有频率f0时，受迫振动的振幅最大，这种现象叫做共振2共振曲线(如图2所示)图21判断下列说法的正误(1)受迫振动的频率与振动系统的固有频率无关()(2)驱动力频率越大，振幅越大()(3)共振只有害处没有好处()(4)做受迫振动的物体一定会发生共振()(5)阻尼振动的频率随振幅的减小而不断减小()2A、B两个弹簧振子，A的固有频率为f，B的固有频率为4f，若它们均在频率为f的驱动力作用下做受迫振动，则_的振幅较大，A的振动频率是_，B的振动频率是_答案Aff一、简谐运动、阻尼振动和
3、受迫振动如图所示的实验装置为一挂在曲轴上的弹簧振子，匀速摇动手柄，下面的弹簧振子就会振动起来实际动手做一下，然后回答以下几个问题(1)如果手柄不动而用手拉动一下振子，从振幅角度看弹簧振子的振动属于什么振动？(2)从没有系统外力作用角度看弹簧振子的振动属于什么振动？(3)手柄匀速摇动时，观察到振幅有什么变化？为什么？(4)用不同的转速匀速转动手柄，弹簧振子的振动有何不同？这能说明什么问题？答案(1)阻尼振动(2)固有振动(3)振幅不变，提供系统外力，补偿系统损失的能量(4)转速大时弹簧振子振动得快，说明弹簧振子振动的周期和频率由手柄转速决定1三种振动的理解(1)简谐运动：一种理想化的模型，物体运
4、动过程中的一切阻力都不考虑(2)阻尼振动：考虑阻力的影响，是更实际的一种运动(3)受迫振动：物体做阻尼振动时受到周期性驱动力作用下的振动2三种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有频率频率不变由驱动力的频率决定振动图象形状不确定常见例子弹簧振子或单摆敲锣打鼓时发出的声音越来越弱机器运转时底座发生的振动例1(多选)一单摆做阻尼振动，则在振动过程中()A振幅越来越小，频率也越来越小B振幅越来越小，频率不变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，机械能不守恒答案BD解析因单摆做阻尼振动，所以振幅越来越小，机械能
5、越来越小，振动频率不变，故选B、D.例2(多选)(2018义乌检测)关于受迫振动，以下说法中正确的是()A是在一恒力作用下的振动B振动频率可能大于或小于系统的固有频率C振动频率一定等于固有频率D振动频率一定等于驱动力的频率答案BD解析受迫振动是系统在外界周期性驱动力作用下的振动，驱动力可以不是恒力；系统做受迫振动时，振动稳定后的频率等于驱动力的频率，这个频率可能大于、等于或小于固有频率，故B、D正确针对训练如图3所示，在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，让振子自由上下振动，测得其频率为2 Hz，然后以60 r/min的转速匀速转动摇把，当振子振动稳定
6、时，它的振动周期为()A0.25 s B0.5 s C1 s D2 s图3答案C解析弹簧振子受摇把的作用而振动，做受迫振动，所以其振动的周期等于驱动力的周期，60 r/min1 r/s，故T1 s，正确答案为C.二、共振洗衣机在衣服脱水完毕关掉电源后，电动机还要转动一会才能停下来在关掉电源后，发现洗衣机先振动得比较弱，有一阵子振动得很剧烈，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，振动剧烈共振及其应用与
7、防止1共振的条件：驱动力的频率与系统的固有频率相等，即f驱f固2共振曲线如图4所示，共振曲线的横坐标为驱动力的频率，纵坐标为受迫振动系统的振幅图4(1)从受力角度看：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，直到振幅达到最大(2)从功能关系看：当驱动力的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，振幅才不再增加振动能量最大，振幅最大(3)认识曲线的形状：ff0，共振；ff0或ff0，振幅较小f与f0相差越大，振幅越小3共振的利用与防止(1)利用：要利用共振，就应尽量使驱动力的频率与物体
8、的固有频率一致如共振筛、共振转速计等(2)防止：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例3(多选)下列关于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答案CD解析共振现象有利也有弊，A项错误；过桥慢行是为了使驱动力的频率与
9、桥的固有频率相差很多，从而避免桥产生共振现象，B项错误，C项正确；当固有频率与驱动力的频率相同时，物体产生共振现象，D项正确例4(多选)(2018金华十校高二上学期期末联考)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5所示，则()图5A此单摆的固有周期为2 sB此单摆的摆长约为1 mC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答案AB解析由共振条件知单摆的固有频率为f0.5 Hz，则其固有周期为T2 s，选项A正确；由单摆周期公式T2，可求得单摆摆长为l1 m，选项B正确；摆长增大，单摆的周期变大，其固有频率变小，共振曲线的峰将向左移动，选项C、
10、D错误1(对阻尼振动的理解)(多选)(2017湖州高二检测)如图6所示是单摆做阻尼振动的振动图线，下列说法正确的是()图6A振动过程中周期变小B振动过程中周期不变C摆球A时刻的势能等于B时刻的势能D摆球A时刻的动能等于B时刻的动能答案BC解析阻尼振动中，单摆的振幅逐渐减小，由于周期与振幅无关，故振动过程中周期不变，A错误，B正确；因A、B两时刻的位移相同，故摆球A时刻的势能等于B时刻的势能，C正确；由于振动的能量逐渐减小，故摆球A时刻的动能大于B时刻的动能，D错误2(对受迫振动的理解)(多选)如图7表示一个弹簧振子做受迫振动时的振幅与驱动力频率之间的关系，以下说法正确的是()图7A振子振动的固
11、有频率为f2B驱动力的频率为f3时，振子振动的频率为f2C驱动力的频率从f1逐渐增加到f3时，振子振幅不变D驱动力的频率从f1逐渐增加到f3时，振子振幅先增大后减小答案AD3(受迫振动、共振)(2018乐清芙蓉中学高二下学期月考)如图8所示，两个弹簧振子悬挂在同一个支架上，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，当支架在竖直方向且频率为9 Hz的驱动力作用下做受迫振动时，两个弹簧振子的振动情况是()图8A甲的振幅较大，且振动频率为8 HzB甲的振幅较大，且振动频率为9 HzC乙的振幅较大，且振动频率为9 HzD乙的振幅较大，且振动频率为72 Hz答案B解析支架在竖
12、直方向且频率为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，由于甲的固有频率接近于驱动力的频率，所以甲的振幅较大，故B正确，A、C、D错误4(共振)(多选)(2018诸暨牌头中学高二上学期期中)有甲、乙、丙三个质量相同的单摆，它们的固有频率分别为f、4f、5f，都在频率为4f的同一驱动力作用下做受迫振动，比较这三个单摆()A它们的振幅相同B乙的振幅最大C它们的振动频率都是4fD甲、乙、丙的振动频率分别为f、4f、5f答案BC解析受迫振动的频率等于驱动力的频率，当系统的固有频率等于驱动力的频率时，系统产生共振，振幅最大因此甲、乙、丙
13、的振动频率都是4f，且乙的振幅最大，所以B、C正确，A、D错误5(共振)(2017宁波诺丁汉大学附中高二下学期期中)在飞机的发展史中有一个阶段，飞机上天后不久，飞机的机翼很快就抖动起来，而且越抖越厉害，后来经过人们的艰苦探索，利用在飞机机翼前缘处装置一个配重杆的方法解决了这一问题，在飞机机翼前装置配重杆的主要目的是()A加大飞机的惯性 B使机体更加平衡C使机翼更加牢固 D改变机翼的固有频率答案D一、选择题考点一阻尼振动1(多选)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机械能答案AD解析有空气阻力时，振动为阻尼振动，振幅不断减小，机械能也不断减小
14、位移做周期性变化，不是一直减小根据单摆周期公式T2，l、g不变，则T不变，故选项A、D正确2(多选)对于阻尼振动，下列说法正确的是()A阻尼振动就是减幅振动，其振动的能量不断减少B实际的振动系统不可避免地要受到阻尼作用C阻尼振动的振幅、振动能量、振动周期逐渐减小D对做阻尼振动的振子来说，其机械能逐渐转化为内能答案ABD解析振动系统的振动频率与本身的结构有关，为固有频率，所以在阻尼振动中，振幅减小，振动能量减少，最终转化为内能，但周期不变，故A、D正确，C错误实际的振动系统都要受到摩擦或空气阻力等阻尼作用，故B正确3.(多选)(2018绍兴调研)如图1所示是单摆做阻尼振动的振动图线，下列说法中正
15、确的是()图1A摆球C时刻的动能等于B时刻的动能B摆球C时刻的势能等于B时刻的势能C摆球C时刻的机械能等于B时刻的机械能D摆球C时刻的机械能大于B时刻的机械能答案BD解析在单摆振动过程中，因不断克服空气阻力做功使摆球机械能逐渐转化为内能，C错，D对；虽然单摆总的机械能在逐渐减小，但在振动过程中动能和势能仍不断地相互转化由于C、B两时刻，单摆的位移相等，所以势能相等，但动能不相等，A错，B对考点二受迫振动4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上下振动答案B解析受
16、迫振动是振动物体在驱动力作用下的运动，故只有B对5(多选)下列说法中正确的是()A实际的自由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答案ACD解析实际的自由振动一定受到阻力而使得振动能量越来越小，所以是阻尼振动，表现为振幅越来越小受迫振动是在周期性外力作用下的振动，稳定后的频率必定等于驱动力频率，与自身的物理条件无关考点三共振6(2018杭州高二检测)工厂里，有一台机器正在运转，当其飞轮转得很快的时候，机器的振动并不强烈，切断电源，飞轮转动逐渐慢下来，到某一时刻t，机器发生了强烈的振动，此后，飞轮转动得更慢，机器的振动反而
17、减弱，产生这种现象的原因是()A在时刻t飞轮惯性最大B在时刻t飞轮转动的频率最大C在时刻t飞轮转动的频率与机身的固有频率相等，发生共振D纯属偶然现象，并无规律答案C7.(2018宁波高二检测)在实验室可以做“声波碎杯”的实验用手指轻弹一只酒杯，可以听到清脆的声音，测得该声音的频率为500 Hz.将这只酒杯放在两个大功率的声波发生器之间，操作人员通过调整其发出的声波，就能使酒杯碎掉(如图2所示)下列说法正确的是()图2A操作人员一定是把声波发生器的功率调到很大B操作人员可能是使声波发生器发出了频率很高的超声波C操作人员一定是同时增大了声波发生器发出声波的频率和功率D操作人员只需将声波发生器发出的
18、声波频率调到500 Hz答案D解析驱动力的频率与系统的固有频率相等时，受迫振动的振幅最大，形成共振操作人员只需将声波发生器发出的声波频率调到500 Hz，就能使酒杯碎掉，D正确8(多选)蜘蛛虽有8只眼睛，但视力很差，完全靠感觉来捕食和生活，它的腿能敏捷地感觉到落在丝网上的昆虫对丝网造成的振动当丝网的振动频率为f200 Hz左右时，丝网振动的振幅最大，最大振幅为0.5 cm.已知该丝网共振时，蜘蛛能立即捕捉到丝网上的昆虫则对于落在丝网上的昆虫()A当其翅膀振动的频率为200 Hz左右时，蜘蛛能立即捕捉到它B当其翅膀振动的周期为0.05 s左右时，蜘蛛能立即捕捉到它C当其翅膀振动的频率为300 H
19、z左右时，蜘蛛能立即捕捉到它D当其翅膀振动的频率为250 Hz时，该丝网的振幅一定小于0.5 cm答案AD解析当昆虫翅膀振动的频率与丝网的振动频率相等时，即翅膀振动的频率ff200 Hz时，发生共振，蜘蛛能立即捕捉到昆虫，故A正确，C错误；根据周期与频率之间的关系得：T s0.005 s，即当昆虫翅膀振动的周期为0.005 s左右时，蜘蛛能立即捕捉到它，故B错误；当昆虫翅膀振动的频率为250 Hz左右时，没有发生共振，故该丝网的振幅小于0.5 cm，故D正确9任何物体都有自己的固有频率研究表明，如果把人作为一个整体来看，在水平方向上振动时的固有频率约为5 Hz.当工人操作风镐、风铲、铆钉机等振
20、动机械时，操作者在水平方向将做受迫振动在这种情况下，下列说法正确的是()A操作者的实际振动频率等于他自身的固有频率B操作者的实际振动频率等于机械的振动频率C为了保证操作者的安全，振动机械的频率应尽量接近人的固有频率D为了保证操作者的安全，应尽量提高操作者的固有频率答案B解析物体在周期性驱动力作用下做受迫振动，受迫振动的频率等于驱动力的频率，与固有频率无关，可知操作者的实际频率等于机械的振动频率，故A错误，B正确；当驱动力频率等于物体的固有频率时，物体的振幅最大，产生共振现象，所以为了保证操作者的安全，振动机械的频率应尽量远离人的固有频率，故C错误；有关部门作出规定：拖拉机、风镐、风铲、铆钉机等
21、各类振动机械的工作频率必须大于20 Hz，无法提高操作者的固有频率，故D错误10(2018瑞安中学高二期中)一个摆长约1 m的单摆，在下列的四个随时间变化的驱动力作用下振动，要使单摆振动的振幅尽可能增大，应选用的驱动力是()答案C解析单摆的周期为T22 s，驱动力的频率接近系统的固有频率时，单摆的振幅最大，因为C项的周期为2 s，故C正确11.(多选)在如图3所示装置中，在曲轴AB上竖直悬挂一个弹簧振子若不转动把手C，让弹簧振子上下振动，测得其周期为1 s；若将把手C以0.5 s的周期匀速转动，振子的振动稳定后，其振幅为2 cm，则()图3A把手C转动后，弹簧振子的振动周期为0.5 sB把手C
22、转动后，弹簧振子的振动周期为1 sC为使弹簧振子的振幅增大为3 cm，可让把手C转速减小D为使弹簧振子的振幅减小为1 cm，可让把手C转动周期减小答案ACD解析把手C匀速转动时，弹簧振子做受迫振动，其振动周期等于驱动力的周期，即为0.5 s，故A正确，B错误；要使弹簧振子的振幅增大，可让把手转速减小，周期增大，与固有周期接近或相等时，振幅可增大，故C正确；要使弹簧振子的振幅减小，可让把手转速增大，周期减小，与固有周期相差越大，振幅越小，故D正确12(2018嘉兴模拟)如图4甲所示，竖直圆盘转动时，可带动固定在圆盘上的T形支架在竖直方向振动，T形支架的下面系着一个弹簧和小球，共同组成一个振动系统
23、当圆盘静止时，小球可稳定振动现使圆盘以4 s的周期匀速转动，经过一段时间后，小球振动达到稳定改变圆盘匀速转动的周期，其共振曲线(振幅A与驱动力的频率f的关系)如图乙所示，则()图4A此振动系统的固有频率约为3 HzB此振动系统的固有频率约为0.25 HzC若圆盘匀速转动的周期增大，系统的振动频率不变D若圆盘匀速转动的周期增大，共振曲线的峰值将向右移动答案A解析当驱动力的频率与振动系统的固有频率相同时，振幅最大，所以固有频率约为3 Hz，选项A正确，B错误；受迫振动的振动周期由驱动力的周期决定，所以圆盘匀速转动的周期增大，系统的振动周期增大、频率减小，选项C错误；系统的固有频率不变，共振曲线的峰
24、值位置不变，选项D错误二、非选择题13.如图5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图5(1)开始时不转动摇把，而用手往下拉振子，然后放手让振子上下振动，测得振子在10 s内完成20次振动，不考虑摩擦力和空气阻力，振子做什么振动？其固有周期和固有频率各是多少？若考虑摩擦力和空气阻力，振子做什么振动？(2)在振子正常振动过程中，以转速4 r/s匀速转动把手，振子的振动稳定后，振子做什么运动？其周期是多少？答案(1)简谐运动0.5 s2 Hz阻尼振动(2)受迫振动0.25 s解析(1)用手往下拉振子，放手后，因振子所受回复力满足Fkx，所以做简谐运动，根据题意T固 s0
25、.5 sf固 Hz2 Hz，由于摩擦力和空气阻力的存在，振子克服摩擦力和阻力做功消耗能量，使其振幅越来越小，故振动为阻尼振动(2)由于把手转动的转速为4 r/s，它给弹簧振子的驱动力频率为f驱4 Hz，周期T驱0.25 s，故振子做受迫振动振动达稳定状态后，其频率(或周期)等于驱动力的频率(或周期)，而跟固有频率(或周期)无关即ff驱4 Hz，TT驱0.25 s.14(2018兰溪高二检测)在浙江某学校实验室中有个实验仪器如图6甲所示，五个摆悬挂于同一根绷紧的水平绳上如图乙所示是E单摆做受迫振动时的共振曲线，它表示振幅与驱动力的频率的关系问：(摆角不超过5，重力加速度g取2 m/s2)图6(1)先让A、B、C、D其中的哪一个摆摆动起来，E单摆的振动最为剧烈？(2)E单摆的摆长大小？(3)若将E单摆从本地移至北京某高中的实验室中，共振曲线的“峰”将怎样移动？答案见解析解析(1)由题图甲可知，E与A的摆长是相等的，根据共振的条件可知，让A摆摆动起来，E单摆的振动最为剧烈(2)由题图乙可知，当驱动力的频率等于0.5 Hz时，E的振幅最大，所以E单摆的固有频率为0.5 Hz，固有周期T2 s，根据单摆的周期公式T2 ，代入数据得l1 m.(3)若将E单摆从本地移至北京某高中的实验室中，因重力加速度变大，故固有周期变小，固有频率变大，共振曲线的“峰”将向右移动