2018_2019學(xué)年高中物理第1章機(jī)械振動(dòng)第4講生活中的振動(dòng)學(xué)案魯科版.docx

第4講生活中的振動(dòng)目標(biāo)定位1.知道什么是阻尼振動(dòng)；知道在什么情況下可以把實(shí)際發(fā)生的振動(dòng)看做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng).2.知道驅(qū)動(dòng)力、受迫振動(dòng)的概念，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)受迫振動(dòng)的特點(diǎn).3.知道共振發(fā)生的條件以及應(yīng)用共振和防止共振的事例和方法一、阻尼振動(dòng)振幅不斷減小的振動(dòng)二、受迫振動(dòng)與共振1驅(qū)動(dòng)力：周期性的外力2受迫振動(dòng)：在周期性外力作用下產(chǎn)生的振動(dòng)3物體做受迫振動(dòng)時(shí)，振動(dòng)穩(wěn)定后的周期或頻率總等于驅(qū)動(dòng)力的周期或頻率，與物體的固有周期或頻率無(wú)關(guān)4共振：當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的周期(或頻率)與物體的固有周期(或固有頻率)相等時(shí)，受迫振動(dòng)的振幅達(dá)到最大，這種現(xiàn)象叫做共振想一想自由振動(dòng)、受迫振動(dòng)和共振分別對(duì)應(yīng)的周期(或頻率)是什么？答案自由振動(dòng)對(duì)應(yīng)固有周期(或固有頻率)，受迫振動(dòng)對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)力的周期(或頻率)，而共振對(duì)應(yīng)的是驅(qū)動(dòng)力的周期(或頻率)與固有周期(或頻率)相等三、共振的應(yīng)用與防止1應(yīng)用：音叉共鳴箱、魚(yú)洗噴水、核磁共振儀2預(yù)防：集體列隊(duì)經(jīng)過(guò)橋梁要便步走、輪船航行時(shí)改變航向和速率使海浪沖擊力的頻率與輪船的固有頻率相差很大一、阻尼振動(dòng)和受迫振動(dòng)1阻尼振動(dòng)是振動(dòng)系統(tǒng)在阻力的作用下，振幅逐漸減小的振動(dòng)阻尼振動(dòng)中振幅雖逐漸減小，但振動(dòng)的頻率不會(huì)變化，此頻率稱為固有頻率，由振動(dòng)系統(tǒng)決定2受迫振動(dòng)是指系統(tǒng)在驅(qū)動(dòng)力作用下的振動(dòng)做受迫振動(dòng)的物體的振動(dòng)頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，與物體的固有頻率無(wú)關(guān)說(shuō)明：受迫振動(dòng)中，若周期性的驅(qū)動(dòng)力給系統(tǒng)補(bǔ)充的能量與系統(tǒng)因振動(dòng)阻尼消耗的能量相等，物體做等幅振動(dòng)，但此振動(dòng)不是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)例1一單擺做阻尼振動(dòng)，則在振動(dòng)過(guò)程中()A振幅越來(lái)越小，周期也越來(lái)越小B振幅越來(lái)越小，周期不變C在振動(dòng)過(guò)程中，通過(guò)某一位置時(shí)，機(jī)械能始終不變D在振動(dòng)過(guò)程中，機(jī)械能不守恒，周期不變解析因單擺做阻尼振動(dòng)，所以振幅越來(lái)越小，機(jī)械能越來(lái)越小振動(dòng)周期不變，只是比單擺的固有周期大答案BD圖1例2如圖1所示的裝置，彈簧振子的固有頻率是4Hz.現(xiàn)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)把手，給彈簧振子以周期性的驅(qū)動(dòng)力，測(cè)得彈簧振子振動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)的頻率為1Hz，則把手轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率為()A1HzB3HzC4HzD5Hz解析受迫振動(dòng)的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，故把手轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率為1Hz，選項(xiàng)A正確答案A二、對(duì)共振的理解1定義物體做受迫振動(dòng)時(shí)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率等于系統(tǒng)的固有頻率時(shí)，振動(dòng)的振幅最大，這種現(xiàn)象叫共振2發(fā)生共振的條件f驅(qū)f固，即驅(qū)動(dòng)力的頻率等于振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率3共振曲線(如圖2所示)圖24共振的防止與利用(1)利用：由共振的條件知，要利用共振，就應(yīng)盡量使驅(qū)動(dòng)力的頻率與物體的固有頻率一致如共振篩、蕩秋千、共振轉(zhuǎn)速計(jì)等(2)防止：由共振曲線可知，在需要防止共振危害時(shí)，要盡量使驅(qū)動(dòng)力的頻率和固有頻率不相等，而且相差越多越好如：部隊(duì)過(guò)橋應(yīng)便步走說(shuō)明：共振是物體做受迫振動(dòng)時(shí)的一種特殊現(xiàn)象圖3例3如圖3所示在一根張緊的水平繩上懸掛五個(gè)擺，其中A、E的擺長(zhǎng)為l，B的擺長(zhǎng)為0.5l，C的擺長(zhǎng)為1.5l，D的擺長(zhǎng)為2l，先使A振動(dòng)起來(lái)，其他各擺隨后也振動(dòng)起來(lái)，則擺球振動(dòng)穩(wěn)定后()AD的振幅一定最大BE的振幅一定最大CB的周期一定最短D四個(gè)擺的周期相同解析A振動(dòng)起來(lái)后，使得B、C、D、E做受迫振動(dòng)，振動(dòng)的頻率都等于A振動(dòng)的頻率，即各擺振動(dòng)的周期都相等，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確；由于D與A的擺長(zhǎng)相差最大，E與A的擺長(zhǎng)相等，所以D的振幅最小，E發(fā)生共振，振幅最大，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確答案BD圖4例4如圖4表示一彈簧振子做受迫振動(dòng)時(shí)的振幅與驅(qū)動(dòng)力頻率的關(guān)系，由圖可知()A驅(qū)動(dòng)力頻率為f2時(shí)，振子處于共振狀態(tài)B驅(qū)動(dòng)力頻率為f3時(shí)，振子的振動(dòng)頻率為f3C假如讓振子自由振動(dòng)，它的頻率為f2D振子做自由振動(dòng)時(shí)，頻率可以為f1、f2、f3解析由題圖可知當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率為f2時(shí)，振子的振幅最大，即振子發(fā)生共振現(xiàn)象，故A正確；由共振條件知振子的固有頻率為f2，所以C正確，D錯(cuò)誤；振子做受迫振動(dòng)時(shí)，振動(dòng)頻率由驅(qū)動(dòng)力的頻率決定，故B正確答案ABC對(duì)阻尼振動(dòng)的理解1若空氣阻力不可忽略，單擺在偏角很小的擺動(dòng)中，總是減小的物理量為()A振幅B位移C周期D機(jī)械能解析有空氣阻力時(shí)，振動(dòng)為阻尼振動(dòng)，振幅不斷減小，機(jī)械能也不斷減小在平衡位置，位移為零，而后位移增大，直至動(dòng)能為零時(shí)位移達(dá)到最大，然后位移又減小到零，所以位移不是一直減小根據(jù)單擺周期公式T2，l、g不變，則T不變，故選項(xiàng)A、D正確答案AD2如圖5所示是單擺做阻尼運(yùn)動(dòng)的位移時(shí)間圖線，下列說(shuō)法中正確的是()圖5A擺球在P與N時(shí)刻的勢(shì)能相等B擺球在P與N時(shí)刻的動(dòng)能相等C擺球在P與N時(shí)刻的機(jī)械能相等D擺球在P時(shí)刻的機(jī)械能小于N時(shí)刻的機(jī)械能解析由于擺球的勢(shì)能大小由其位移和擺球質(zhì)量共同決定，P、N兩時(shí)刻位移大小相同，關(guān)于平衡位置對(duì)稱，所以勢(shì)能相等，A正確；由于系統(tǒng)機(jī)械能在減少，P、N勢(shì)能相同，則P處動(dòng)能大于N處動(dòng)能，所以B、C、D錯(cuò)故正確答案為A.答案A對(duì)受迫振動(dòng)的理解圖63如圖6所示，曲軸上懸掛一彈簧振子，轉(zhuǎn)動(dòng)搖把，曲軸可以帶動(dòng)彈簧振子上下振動(dòng)開(kāi)始時(shí)不轉(zhuǎn)動(dòng)搖把，讓振子上下自由振動(dòng)，測(cè)得振動(dòng)頻率為2Hz，然后勻速轉(zhuǎn)動(dòng)搖把，轉(zhuǎn)速為240r/min，當(dāng)振子振動(dòng)穩(wěn)定后，它的振動(dòng)周期為()A.sB.sC2sD4s解析受迫振動(dòng)的周期等于驅(qū)動(dòng)力的周期，故Tss，故B對(duì)答案B對(duì)共振的理解圖74一個(gè)單擺做受迫振動(dòng)，其共振曲線(振幅A與驅(qū)動(dòng)力的頻率f的關(guān)系)如圖7所示，則()A此單擺的固有周期約為0.5sB此單擺的擺長(zhǎng)約為1mC若擺長(zhǎng)增大，單擺的固有頻率增大D若擺長(zhǎng)增大，共振曲線的峰將向右移動(dòng)解析由共振條件知單擺的固有頻率為f0.5Hz，則其固有周期為T(mén)2s，選項(xiàng)A錯(cuò)；由單擺周期公式T2，可求得單擺擺長(zhǎng)為l1m，選項(xiàng)B對(duì)；擺長(zhǎng)增大，單擺的固有周期變大，其固有頻率變小，共振曲線的峰將向左移動(dòng)，選項(xiàng)C、D錯(cuò)答案B(時(shí)間：60分鐘)題組一對(duì)阻尼振動(dòng)的理解1自由擺動(dòng)的秋千，擺動(dòng)的振幅越來(lái)越小，下列說(shuō)法正確的是()A機(jī)械能守恒B能量正在消失C總能量守恒，機(jī)械能減小D只有動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化答案C2關(guān)于阻尼振動(dòng)，以下說(shuō)法中正確的是()A機(jī)械能不斷減小B動(dòng)能不斷減小C振幅不斷減小D一定不是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)解析阻尼振動(dòng)是振幅不斷減小的振動(dòng)，故阻尼振動(dòng)一定不是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，而振幅是振動(dòng)能量的標(biāo)志，故阻尼振動(dòng)中機(jī)械能不斷減小，但動(dòng)能在振動(dòng)過(guò)程中是不斷變化的，無(wú)法比較其大小答案ACD題組二對(duì)受迫振動(dòng)的理解3下列振動(dòng)中屬于受迫振動(dòng)的是()A用重錘敲擊一下懸吊著的鐘后，鐘的擺動(dòng)B打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接通電源后，振針的振動(dòng)C小孩睡在自由擺動(dòng)的吊床上，小孩隨著吊床一起擺動(dòng)D彈簧振子在豎直方向上沿上下方向振動(dòng)解析受迫振動(dòng)是振動(dòng)物體在驅(qū)動(dòng)力作用下的運(yùn)動(dòng)，故只有B對(duì)C是阻尼振動(dòng)，D是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)答案B4下列說(shuō)法中正確的是()A實(shí)際的自由振動(dòng)必然是阻尼振動(dòng)B在外力作用下的振動(dòng)是受迫振動(dòng)C阻尼振動(dòng)的振幅越來(lái)越小D受迫振動(dòng)穩(wěn)定后的頻率與自身物理?xiàng)l件無(wú)關(guān)解析實(shí)際的自由振動(dòng)一定受到阻力而使得振動(dòng)能量越來(lái)越小，所以是阻尼振動(dòng)，表現(xiàn)為振幅越來(lái)越小，故A、C對(duì)受迫振動(dòng)是在周期性外力作用下的振動(dòng)，穩(wěn)定后的頻率等于驅(qū)動(dòng)力頻率，與自身的物理?xiàng)l件無(wú)關(guān)，故B錯(cuò)，D對(duì)答案ACD5下列說(shuō)法中正確的是()A有阻力的振動(dòng)叫做受迫振動(dòng)B物體振動(dòng)時(shí)受到外力作用，它的振動(dòng)就是受迫振動(dòng)C物體在周期性外力作用下的振動(dòng)叫做受迫振動(dòng)D物體在周期性外力作用下振動(dòng)，它的振動(dòng)頻率最終等于驅(qū)動(dòng)力頻率解析物體在周期性外力作用下的振動(dòng)叫做受迫振動(dòng)，選項(xiàng)C對(duì)，B錯(cuò)；這個(gè)周期性的外力能給振動(dòng)物體補(bǔ)充能量，而阻力不行，選項(xiàng)A錯(cuò)；受迫振動(dòng)的頻率最終等于驅(qū)動(dòng)力頻率，選項(xiàng)D對(duì)答案CD6兩個(gè)彈簧振子，甲的固有頻率是100Hz，乙的固有頻率是400Hz，若它們均在頻率是300Hz的驅(qū)動(dòng)力作用下做受迫振動(dòng)，則振動(dòng)穩(wěn)定后()A甲的振幅較大，振動(dòng)頻率是100HzB乙的振幅較大，振動(dòng)頻率是300HzC甲的振幅較大，振動(dòng)頻率是300HzD乙的振幅較大，振動(dòng)頻率是400Hz解析振動(dòng)穩(wěn)定后，受迫振動(dòng)的頻率等于驅(qū)動(dòng)力頻率，選項(xiàng)A、D錯(cuò)；由于乙的固有頻率更接近驅(qū)動(dòng)力頻率，所以乙的振幅較大，選項(xiàng)B對(duì)，C錯(cuò)答案B72013年4月20日上午8時(shí)，四川雅安地區(qū)發(fā)生了7.0級(jí)大地震災(zāi)害，導(dǎo)致很多房屋坍塌，場(chǎng)景慘不忍睹，在發(fā)生地震時(shí)，下列說(shuō)法正確的是()A所有建筑物振動(dòng)周期相同B所有建筑物振幅相同C建筑物的振動(dòng)周期由其固有周期決定D所有建筑物均做受迫振動(dòng)解析地面上的所有建筑物都在同一驅(qū)動(dòng)力下做受迫振動(dòng)，它們的振動(dòng)周期都與驅(qū)動(dòng)力的周期相同，與其固有周期無(wú)關(guān)，故A、D正確，C錯(cuò)誤；由于不同的建筑物固有周期不盡相同，所以做受迫振動(dòng)時(shí)，它們的振幅不一定相同，B錯(cuò)誤答案AD題組三共振及其應(yīng)用與防止8下列關(guān)于應(yīng)用共振和防止共振的說(shuō)法，正確的是()A共振現(xiàn)象總是有害的，所以要避免共振現(xiàn)象發(fā)生B隊(duì)伍過(guò)橋要慢行是為了不產(chǎn)生周期性的驅(qū)動(dòng)力，從而避免產(chǎn)生共振C火車過(guò)橋慢行是為了使驅(qū)動(dòng)力的頻率遠(yuǎn)小于橋的固有頻率，從而避免產(chǎn)生共振D利用共振時(shí)，應(yīng)使驅(qū)動(dòng)力的頻率接近或等于振動(dòng)物體的固有頻率；防止共振危害時(shí)，應(yīng)使驅(qū)動(dòng)力的頻率遠(yuǎn)離振動(dòng)物體的固有頻率答案CD圖19如圖1所示，在一條張緊的繩上掛7個(gè)擺，先讓A擺振動(dòng)起來(lái)，則其余各擺也隨之振動(dòng)，已知A、B、F三擺的擺長(zhǎng)相同，則下列判斷正確的是()A7個(gè)擺的固有頻率都相同B振動(dòng)穩(wěn)定后7個(gè)擺的振動(dòng)頻率都相同CB、F擺的擺長(zhǎng)與A擺相同，它們的振幅最大D除A擺外，D、E擺離A擺最近，它們的振幅最大解析7個(gè)擺的擺長(zhǎng)不完全相同，固有頻率不相同，選項(xiàng)A錯(cuò)；A擺振動(dòng)起來(lái)后，帶動(dòng)其余6個(gè)擺做受迫振動(dòng)，振動(dòng)穩(wěn)定后7個(gè)擺的振動(dòng)頻率都相同，選項(xiàng)B對(duì)；B、F擺的擺長(zhǎng)與A擺相同，發(fā)生共振，選項(xiàng)C對(duì)，D錯(cuò)答案BC10脫水機(jī)把衣服脫水完后切斷電源，電動(dòng)機(jī)還要轉(zhuǎn)一會(huì)兒才能停下來(lái)，在這一過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)脫水機(jī)在某一時(shí)刻振動(dòng)得很劇烈，然后又慢慢振動(dòng)直至停止運(yùn)轉(zhuǎn)，其中振動(dòng)很劇烈的原因是()A脫水機(jī)沒(méi)有放平穩(wěn)B電動(dòng)機(jī)在這一時(shí)刻轉(zhuǎn)快了C電動(dòng)機(jī)在這一時(shí)刻的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率跟脫水機(jī)的固有頻率相近或相等D是脫水機(jī)出現(xiàn)了故障解析由于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，使脫水機(jī)做受迫振動(dòng)而電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率是逐漸變化的，當(dāng)它的頻率接近或等于脫水機(jī)的固有頻率時(shí)，發(fā)生共振現(xiàn)象，C正確答案C11鋪設(shè)鐵軌時(shí)，每?jī)筛撥壗涌p處都必須留有一定的間隙，勻速運(yùn)行的列車經(jīng)過(guò)軌端接縫處時(shí)，車輪就會(huì)受到一次沖擊由于每一根鋼軌長(zhǎng)度相等所以這個(gè)沖擊力是周期性的，列車受到周期性的沖擊做受迫振動(dòng)普通鋼軌長(zhǎng)為12.6m，列車固有振動(dòng)周期為0.315s下列說(shuō)法正確的是()A列車的危險(xiǎn)速率為40m/sB列車過(guò)橋需要減速，是為了防止列車發(fā)生共振現(xiàn)象C列車運(yùn)行的振動(dòng)頻率和列車的固有頻率總是相等的D增加鋼軌的長(zhǎng)度有利于列車高速運(yùn)行解析對(duì)于受迫振動(dòng)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率與固有頻率相等時(shí)將發(fā)生共振現(xiàn)象，所以列車的危險(xiǎn)速率v40m/s，A正確；為了防止共振現(xiàn)象發(fā)生，列車過(guò)橋需要減速，B正確；列車運(yùn)行的振動(dòng)頻率等于做受迫振動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力的頻率，與列車的固有頻率無(wú)關(guān)，C項(xiàng)錯(cuò)；由v知L增大時(shí)，T不變，v變大，D正確所以A、B、D正確答案ABD12把一個(gè)篩子用四根彈簧支起來(lái)，篩子上裝一個(gè)電動(dòng)偏心輪，它每轉(zhuǎn)一周，給篩子一個(gè)驅(qū)動(dòng)力，這就做成了一個(gè)共振篩(如圖2所示)不開(kāi)電動(dòng)機(jī)讓這個(gè)篩子自由振動(dòng)時(shí)，完成20次全振動(dòng)用15s；在某電壓下，電動(dòng)偏心輪的轉(zhuǎn)速是88r/min.已知增大電動(dòng)偏心輪的電壓可以使其轉(zhuǎn)速提高，而增加篩子的總質(zhì)量