2018_2019學年高中物理第1章機械振動第4講生活中的振動學案魯科版.docx

第4講生活中的振動目標定位1.知道什么是阻尼振動；知道在什么情況下可以把實際發(fā)生的振動看做簡諧運動.2.知道驅(qū)動力、受迫振動的概念，通過實驗，認識受迫振動的特點.3.知道共振發(fā)生的條件以及應用共振和防止共振的事例和方法一、阻尼振動振幅不斷減小的振動二、受迫振動與共振1驅(qū)動力：周期性的外力2受迫振動：在周期性外力作用下產(chǎn)生的振動3物體做受迫振動時，振動穩(wěn)定后的周期或頻率總等于驅(qū)動力的周期或頻率，與物體的固有周期或頻率無關4共振：當驅(qū)動力的周期(或頻率)與物體的固有周期(或固有頻率)相等時，受迫振動的振幅達到最大，這種現(xiàn)象叫做共振想一想自由振動、受迫振動和共振分別對應的周期(或頻率)是什么？答案自由振動對應固有周期(或固有頻率)，受迫振動對應驅(qū)動力的周期(或頻率)，而共振對應的是驅(qū)動力的周期(或頻率)與固有周期(或頻率)相等三、共振的應用與防止1應用：音叉共鳴箱、魚洗噴水、核磁共振儀2預防：集體列隊經(jīng)過橋梁要便步走、輪船航行時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、阻尼振動和受迫振動1阻尼振動是振動系統(tǒng)在阻力的作用下，振幅逐漸減小的振動阻尼振動中振幅雖逐漸減小，但振動的頻率不會變化，此頻率稱為固有頻率，由振動系統(tǒng)決定2受迫振動是指系統(tǒng)在驅(qū)動力作用下的振動做受迫振動的物體的振動頻率等于驅(qū)動力的頻率，與物體的固有頻率無關說明：受迫振動中，若周期性的驅(qū)動力給系統(tǒng)補充的能量與系統(tǒng)因振動阻尼消耗的能量相等，物體做等幅振動，但此振動不是簡諧運動例1一單擺做阻尼振動，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在振動過程中，通過某一位置時，機械能始終不變D在振動過程中，機械能不守恒，周期不變解析因單擺做阻尼振動，所以振幅越來越小，機械能越來越小振動周期不變，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)動把手，給彈簧振子以周期性的驅(qū)動力，測得彈簧振子振動達到穩(wěn)定時的頻率為1Hz，則把手轉(zhuǎn)動的頻率為()A1HzB3HzC4HzD5Hz解析受迫振動的頻率等于驅(qū)動力的頻率，故把手轉(zhuǎn)動的頻率為1Hz，選項A正確答案A二、對共振的理解1定義物體做受迫振動時，當驅(qū)動力的頻率等于系統(tǒng)的固有頻率時，振動的振幅最大，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)動力的頻率等于振動系統(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，就應盡量使驅(qū)動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)速計等(2)防止：由共振曲線可知，在需要防止共振危害時，要盡量使驅(qū)動力的頻率和固有頻率不相等，而且相差越多越好如：部隊過橋應便步走說明：共振是物體做受迫振動時的一種特殊現(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擺，其中A、E的擺長為l，B的擺長為0.5l，C的擺長為1.5l，D的擺長為2l，先使A振動起來，其他各擺隨后也振動起來，則擺球振動穩(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四個擺的周期相同解析A振動起來后，使得B、C、D、E做受迫振動，振動的頻率都等于A振動的頻率，即各擺振動的周期都相等，選項C錯誤，D正確；由于D與A的擺長相差最大，E與A的擺長相等，所以D的振幅最小，E發(fā)生共振，振幅最大，選項A錯誤，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時的振幅與驅(qū)動力頻率的關系，由圖可知()A驅(qū)動力頻率為f2時，振子處于共振狀態(tài)B驅(qū)動力頻率為f3時，振子的振動頻率為f3C假如讓振子自由振動，它的頻率為f2D振子做自由振動時，頻率可以為f1、f2、f3解析由題圖可知當驅(qū)動力的頻率為f2時，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錯誤；振子做受迫振動時，振動頻率由驅(qū)動力的頻率決定，故B正確答案ABC對阻尼振動的理解1若空氣阻力不可忽略，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，機械能也不斷減小在平衡位置，位移為零，而后位移增大，直至動能為零時位移達到最大，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A、D正確答案AD2如圖5所示是單擺做阻尼運動的位移時間圖線，下列說法中正確的是()圖5A擺球在P與N時刻的勢能相等B擺球在P與N時刻的動能相等C擺球在P與N時刻的機械能相等D擺球在P時刻的機械能小于N時刻的機械能解析由于擺球的勢能大小由其位移和擺球質(zhì)量共同決定，P、N兩時刻位移大小相同，關于平衡位置對稱，所以勢能相等，A正確；由于系統(tǒng)機械能在減少，P、N勢能相同，則P處動能大于N處動能，所以B、C、D錯故正確答案為A.答案A對受迫振動的理解圖63如圖6所示，曲軸上懸掛一彈簧振子，轉(zhuǎn)動搖把，曲軸可以帶動彈簧振子上下振動開始時不轉(zhuǎn)動搖把，讓振子上下自由振動，測得振動頻率為2Hz，然后勻速轉(zhuǎn)動搖把，轉(zhuǎn)速為240r/min，當振子振動穩(wěn)定后，它的振動周期為()A.sB.sC2sD4s解析受迫振動的周期等于驅(qū)動力的周期，故Tss，故B對答案B對共振的理解圖74一個單擺做受迫振動，其共振曲線(振幅A與驅(qū)動力的頻率f的關系)如圖7所示，則()A此單擺的固有周期約為0.5sB此單擺的擺長約為1mC若擺長增大，單擺的固有頻率增大D若擺長增大，共振曲線的峰將向右移動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T2s，選項A錯；由單擺周期公式T2，可求得單擺擺長為l1m，選項B對；擺長增大，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，選項C、D錯答案B(時間：60分鐘)題組一對阻尼振動的理解1自由擺動的秋千，擺動的振幅越來越小，下列說法正確的是()A機械能守恒B能量正在消失C總能量守恒，機械能減小D只有動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化答案C2關于阻尼振動，以下說法中正確的是()A機械能不斷減小B動能不斷減小C振幅不斷減小D一定不是簡諧運動解析阻尼振動是振幅不斷減小的振動，故阻尼振動一定不是簡諧運動，而振幅是振動能量的標志，故阻尼振動中機械能不斷減小，但動能在振動過程中是不斷變化的，無法比較其大小答案ACD題組二對受迫振動的理解3下列振動中屬于受迫振動的是()A用重錘敲擊一下懸吊著的鐘后，鐘的擺動B打點計時器接通電源后，振針的振動C小孩睡在自由擺動的吊床上，小孩隨著吊床一起擺動D彈簧振子在豎直方向上沿上下方向振動解析受迫振動是振動物體在驅(qū)動力作用下的運動，故只有B對C是阻尼振動，D是簡諧運動答案B4下列說法中正確的是()A實際的自由振動必然是阻尼振動B在外力作用下的振動是受迫振動C阻尼振動的振幅越來越小D受迫振動穩(wěn)定后的頻率與自身物理條件無關解析實際的自由振動一定受到阻力而使得振動能量越來越小，所以是阻尼振動，表現(xiàn)為振幅越來越小，故A、C對受迫振動是在周期性外力作用下的振動，穩(wěn)定后的頻率等于驅(qū)動力頻率，與自身的物理條件無關，故B錯，D對答案ACD5下列說法中正確的是()A有阻力的振動叫做受迫振動B物體振動時受到外力作用，它的振動就是受迫振動C物體在周期性外力作用下的振動叫做受迫振動D物體在周期性外力作用下振動，它的振動頻率最終等于驅(qū)動力頻率解析物體在周期性外力作用下的振動叫做受迫振動，選項C對，B錯；這個周期性的外力能給振動物體補充能量，而阻力不行，選項A錯；受迫振動的頻率最終等于驅(qū)動力頻率，選項D對答案CD6兩個彈簧振子，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)動力作用下做受迫振動，則振動穩(wěn)定后()A甲的振幅較大，振動頻率是100HzB乙的振幅較大，振動頻率是300HzC甲的振幅較大，振動頻率是300HzD乙的振幅較大，振動頻率是400Hz解析振動穩(wěn)定后，受迫振動的頻率等于驅(qū)動力頻率，選項A、D錯；由于乙的固有頻率更接近驅(qū)動力頻率，所以乙的振幅較大，選項B對，C錯答案B72013年4月20日上午8時，四川雅安地區(qū)發(fā)生了7.0級大地震災害，導致很多房屋坍塌，場景慘不忍睹，在發(fā)生地震時，下列說法正確的是()A所有建筑物振動周期相同B所有建筑物振幅相同C建筑物的振動周期由其固有周期決定D所有建筑物均做受迫振動解析地面上的所有建筑物都在同一驅(qū)動力下做受迫振動，它們的振動周期都與驅(qū)動力的周期相同，與其固有周期無關，故A、D正確，C錯誤；由于不同的建筑物固有周期不盡相同，所以做受迫振動時，它們的振幅不一定相同，B錯誤答案AD題組三共振及其應用與防止8下列關于應用共振和防止共振的說法，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隊伍過橋要慢行是為了不產(chǎn)生周期性的驅(qū)動力，從而避免產(chǎn)生共振C火車過橋慢行是為了使驅(qū)動力的頻率遠小于橋的固有頻率，從而避免產(chǎn)生共振D利用共振時，應使驅(qū)動力的頻率接近或等于振動物體的固有頻率；防止共振危害時，應使驅(qū)動力的頻率遠離振動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個擺，先讓A擺振動起來，則其余各擺也隨之振動，已知A、B、F三擺的擺長相同，則下列判斷正確的是()A7個擺的固有頻率都相同B振動穩(wěn)定后7個擺的振動頻率都相同CB、F擺的擺長與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個擺的擺長不完全相同，固有頻率不相同，選項A錯；A擺振動起來后，帶動其余6個擺做受迫振動，振動穩(wěn)定后7個擺的振動頻率都相同，選項B對；B、F擺的擺長與A擺相同，發(fā)生共振，選項C對，D錯答案BC10脫水機把衣服脫水完后切斷電源，電動機還要轉(zhuǎn)一會兒才能停下來，在這一過程中，發(fā)現(xiàn)脫水機在某一時刻振動得很劇烈，然后又慢慢振動直至停止運轉(zhuǎn)，其中振動很劇烈的原因是()A脫水機沒有放平穩(wěn)B電動機在這一時刻轉(zhuǎn)快了C電動機在這一時刻的轉(zhuǎn)動頻率跟脫水機的固有頻率相近或相等D是脫水機出現(xiàn)了故障解析由于電動機的轉(zhuǎn)動，使脫水機做受迫振動而電動機轉(zhuǎn)動的頻率是逐漸變化的，當它的頻率接近或等于脫水機的固有頻率時，發(fā)生共振現(xiàn)象，C正確答案C11鋪設鐵軌時，每兩根鋼軌接縫處都必須留有一定的間隙，勻速運行的列車經(jīng)過軌端接縫處時，車輪就會受到一次沖擊由于每一根鋼軌長度相等所以這個沖擊力是周期性的，列車受到周期性的沖擊做受迫振動普通鋼軌長為12.6m，列車固有振動周期為0.315s下列說法正確的是()A列車的危險速率為40m/sB列車過橋需要減速，是為了防止列車發(fā)生共振現(xiàn)象C列車運行的振動頻率和列車的固有頻率總是相等的D增加鋼軌的長度有利于列車高速運行解析對于受迫振動，當驅(qū)動力的頻率與固有頻率相等時將發(fā)生共振現(xiàn)象，所以列車的危險速率v40m/s，A正確；為了防止共振現(xiàn)象發(fā)生，列車過橋需要減速，B正確；列車運行的振動頻率等于做受迫振動的驅(qū)動力的頻率，與列車的固有頻率無關，C項錯；由v知L增大時，T不變，v變大，D正確所以A、B、D正確答案ABD12把一個篩子用四根彈簧支起來，篩子上裝一個電動偏心輪，它每轉(zhuǎn)一周，給篩子一個驅(qū)動力，這就做成了一個共振篩(如圖2所示)不開電動機讓這個篩子自由振動時，完成20次全振動用15s；在某電壓下，電動偏心輪的轉(zhuǎn)速是88r/min.已知增大電動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