新課改高中物理選修一同步專題講義：11 C受迫振動(dòng) 共振 提升版（學(xué)生版）

受迫振動(dòng)共振知識(shí)點(diǎn)：受迫振動(dòng)共振一、固有振動(dòng)、阻尼振動(dòng)1．固有振動(dòng)和固有頻率(1)固有振動(dòng)：振動(dòng)系統(tǒng)在不受外力作用下的振動(dòng)．(2)固有頻率：固有振動(dòng)的頻率．2．阻尼振動(dòng)(1)阻尼：當(dāng)振動(dòng)系統(tǒng)受到阻力的作用時(shí)，振動(dòng)受到了阻尼．(2)阻尼振動(dòng)：振幅逐漸減小的振動(dòng)，如圖所示．(3)振動(dòng)系統(tǒng)能量衰減的兩種方式①振動(dòng)系統(tǒng)受到摩擦阻力作用，機(jī)械能逐漸轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．②振動(dòng)系統(tǒng)引起鄰近介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)，能量向外輻射出去．二、受迫振動(dòng)1．驅(qū)動(dòng)力作用于振動(dòng)系統(tǒng)的周期性的外力．2．受迫振動(dòng)(1)定義：系統(tǒng)在驅(qū)動(dòng)力作用下的振動(dòng)．(2)受迫振動(dòng)的頻率(周期)物體做受迫振動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定后，其振動(dòng)頻率總等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，與系統(tǒng)的固有頻率無關(guān)．三、共振1．定義驅(qū)動(dòng)力的頻率f等于系統(tǒng)的固有頻率f0時(shí)，受迫振動(dòng)的振幅最大，這種現(xiàn)象叫做共振．2．共振曲線(如圖所示)技巧點(diǎn)撥一、簡諧運(yùn)動(dòng)、阻尼振動(dòng)和受迫振動(dòng)1．對(duì)三種振動(dòng)的理解(1)簡諧運(yùn)動(dòng)：一種理想化的模型，物體運(yùn)動(dòng)過程中的一切阻力都不考慮．(2)阻尼振動(dòng)：考慮阻力的影響，是更實(shí)際的一種運(yùn)動(dòng)．(3)受迫振動(dòng)：物體做阻尼振動(dòng)時(shí)在驅(qū)動(dòng)力作用下的振動(dòng)．2．三種振動(dòng)的比較振動(dòng)類型比較項(xiàng)目簡諧運(yùn)動(dòng)阻尼振動(dòng)受迫振動(dòng)產(chǎn)生條件不受阻力作用受阻力作用受阻力和驅(qū)動(dòng)力作用頻率有固有頻率頻率不變由驅(qū)動(dòng)力的頻率決定振動(dòng)圖像形狀不確定常見例子彈簧振子或單擺敲鑼打鼓時(shí)發(fā)出的聲音越來越弱機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)底座發(fā)生的振動(dòng)二、共振1．共振的條件：驅(qū)動(dòng)力的頻率與系統(tǒng)的固有頻率相等，即f驅(qū)＝f固．2．共振曲線如圖所示，共振曲線的橫坐標(biāo)為驅(qū)動(dòng)力的頻率，縱坐標(biāo)為受迫振動(dòng)的振幅．(1)從受力角度看：當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率等于物體的固有頻率時(shí)，它的每一次作用都使物體的振幅增加，直到振幅達(dá)到最大．(2)從功能關(guān)系看：當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率等于物體的固有頻率時(shí)，驅(qū)動(dòng)力對(duì)物體做正功，使振動(dòng)能量不斷增加，振幅不斷增大，直到增加的能量等于克服阻尼作用損耗的能量，振幅才不再增加．振動(dòng)能量最大，振幅最大．(3)認(rèn)識(shí)曲線的形狀：f＝f0時(shí)發(fā)生共振；f＞f0或f＜f0時(shí)振幅較?。甪與f0相差越大，振幅越?。?．共振的利用與防止(1)利用：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、共振轉(zhuǎn)速計(jì)等．(2)防止：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)過橋應(yīng)便步走．說明：共振是物體做受迫振動(dòng)時(shí)的一種特殊現(xiàn)象．例題精練1．（倉山區(qū)校級(jí)期中）設(shè)人自然步行時(shí)的跨步頻率與手臂自然擺動(dòng)的頻率一致（人手臂自然擺動(dòng)的頻率與臂長的關(guān)系，類似于單擺固有頻率與擺長的關(guān)系），且人的步幅與身高成正比，由此估測(cè)人的步行速度v與身高L的關(guān)系為（）A．v∝L B．v∝1L C．v∝L D．v∝L隨堂練習(xí)1．（臺(tái)州二模）科技館內(nèi)有共振秋千：觀眾坐上秋千，雙腳離地，前后擺動(dòng)，會(huì)發(fā)現(xiàn)對(duì)面的球擺也在跟著大幅度擺動(dòng)。關(guān)于這個(gè)現(xiàn)象，以下說法不正確的是（）A．如果改變對(duì)面球的質(zhì)量，會(huì)使球擺動(dòng)幅度變小 B．秋千系統(tǒng)的重心高度與對(duì)面球擺的重心高度大致相同 C．如果對(duì)秋千施加一個(gè)周期性的驅(qū)動(dòng)力，擺球的振動(dòng)周期與該驅(qū)動(dòng)力周期相同 D．若把共振秋千移到太空艙中則無法實(shí)現(xiàn)共振現(xiàn)象2．（豐臺(tái)區(qū)二模）如圖所示，在一根張緊的水平繩上掛a、b、c、d四個(gè)擺，其中擺長關(guān)系為lc＜la＝ld＜lb，讓d先擺動(dòng)起來后，其它各擺隨后也跟著擺動(dòng)起來。下列說法正確的是（）A．穩(wěn)定后四個(gè)擺的周期大小Tc＜Ta＝Td＜Tb B．穩(wěn)定后四個(gè)擺的振幅一樣大 C．穩(wěn)定后a擺的振幅最大 D．d擺擺動(dòng)過程中振幅保持不變綜合練習(xí)一．選擇題（共9小題）1．（江蘇模擬）如圖所示，一個(gè)豎直圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，固定在圓盤上的小圓柱帶動(dòng)一個(gè)T形支架在豎直方向振動(dòng)，T形支架下面系著一個(gè)彈簧和小球組成的振動(dòng)系統(tǒng)，小球浸沒在水中。當(dāng)圓盤靜止時(shí)，讓小球在水中振動(dòng)，其阻尼振動(dòng)的頻率為4Hz。現(xiàn)使圓盤以120r/min的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)過一段時(shí)間后，小球振動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定，它振動(dòng)的頻率為（）A．0.5Hz B．2Hz C．4Hz D．120Hz2．（徐州月考）關(guān)于受迫振動(dòng)和共振，下列說法正確的是（）A．火車過橋要減速慢行，是為了防止火車因共振而傾覆 B．受迫振動(dòng)的頻率與振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率有關(guān) C．在連續(xù)均勻的海浪沖擊下，停在海面的小船上下振動(dòng)，是共振現(xiàn)象 D．挑水時(shí)為了防止水從水桶中蕩出，可以加快或減慢走路的步頻3．（嘉興期末）如圖所示是一個(gè)單擺做受迫振動(dòng)時(shí)的共振曲線，表示振幅A與驅(qū)動(dòng)力頻率f的關(guān)系，由該圖線可知（）A．該單擺的擺長約為10cm B．該單擺的擺長約為1m C．若增大擺長，共振曲線的“峰”將向右移動(dòng) D．若增大擺長，共振曲線的“峰”將向上移動(dòng)4．（德州期末）如圖所示，在一條張緊的繩子上懸掛A、B、C個(gè)單擺，擺長分別為L1、L2、L3，且L1＜L2＜L3，現(xiàn)將A拉起一較小角度后釋放，已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，對(duì)釋放A之后較短時(shí)間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)，以下說法正確的是（）A．C的振幅比B的大 B．B和C的振幅相等 C．B的周期為2π D．C的周期為2π5．（遼陽期末）下列說法正確的是（）A．彈簧振子經(jīng)過平衡位置時(shí)的速度最大 B．彈簧振子的振動(dòng)周期只與彈簧的勁度系數(shù)有關(guān)，與振子的質(zhì)量無關(guān) C．受迫振動(dòng)的振幅由驅(qū)動(dòng)力的大小決定，與系統(tǒng)的固有頻率無關(guān) D．驅(qū)動(dòng)力頻率與固有頻率相差越大，物體越容易產(chǎn)生共振6．（諸暨市校級(jí)期中）A、B兩個(gè)單擺，A擺的固有頻率為4f，B擺的固有頻率為f，若讓它們?cè)陬l率為5f的驅(qū)動(dòng)力作用下做受迫振動(dòng)，則兩單擺比較（）A．A擺振幅較大，振動(dòng)頻率為f B．B擺振幅較大，振動(dòng)頻率為4f C．A擺振幅較大，振動(dòng)頻率為5f D．B擺振幅較大，振動(dòng)頻率為5f7．（扶余市校級(jí)月考）兩個(gè)彈簧振子甲的固有頻率為f，乙的固有頻率為9f，若它們均在頻率為8f，的策動(dòng)力作用下受迫振動(dòng)，則（）A．振子甲的振幅較大。振動(dòng)頻率為f B．振子乙的振幅較大，振動(dòng)頻率為9f C．振子甲的振幅較大。振動(dòng)頻率為9f D．振子乙的振幅較大，振動(dòng)頻率為8f8．（吉安縣期中）如圖所示，曲軸上掛一個(gè)彈簧振，轉(zhuǎn)動(dòng)搖把，曲軸可帶動(dòng)簧振子上下振動(dòng)。開始時(shí)不轉(zhuǎn)動(dòng)搖把，讓振子自由振動(dòng)，測(cè)得其頻率為2Hz．現(xiàn)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)搖把，轉(zhuǎn)速為240r/min。則（）A．當(dāng)振子穩(wěn)定振動(dòng)時(shí)，它的振動(dòng)周期是0.5s B．當(dāng)振子穩(wěn)定振動(dòng)時(shí)，它的振動(dòng)頻率是4Hz C．當(dāng)轉(zhuǎn)速增大時(shí)，彈簧振子的振幅增大 D．當(dāng)轉(zhuǎn)速減小時(shí)，彈簧振子的振幅減小9．（洛陽二模）在飛機(jī)的發(fā)展史中有一個(gè)階段，飛機(jī)上天后不久，飛機(jī)的機(jī)翼（翅膀）很快就抖動(dòng)起來，而且越抖越厲害．后來經(jīng)過人們的探索，利用在飛機(jī)機(jī)翼前緣處裝置一個(gè)配重桿的方法，解決了這一問題．在飛機(jī)機(jī)翼前裝置配重桿的目的主要是（）A．加大飛機(jī)的慣性 B．使機(jī)體更加平衡 C．使機(jī)翼更加牢固 D．改變機(jī)翼的固有頻率二．多選題（共20小題）10．（義烏市模擬）2021年04月18日22時(shí)11分在臺(tái)灣花蓮縣（北緯23.92度，東經(jīng)121.53度）發(fā)生6.1級(jí)地震，震源深度7千米，繡湖小區(qū)幾幢高樓里的居民反映“震感明顯”，而義烏中學(xué)的高三學(xué)生卻普遍反映“沒有感覺”。針對(duì)這一事件，下列同學(xué)的認(rèn)識(shí)中科學(xué)合理的是（）A．地震波到達(dá)義烏時(shí)，我市地面建筑發(fā)生了受迫振動(dòng) B．繡湖小區(qū)那幾幢高樓的固有頻率與當(dāng)時(shí)地震波的頻率更加接近 C．地震波在義烏發(fā)了疊加，繡湖小區(qū)處在振動(dòng)加強(qiáng)帶上，義烏中學(xué)恰好處在振動(dòng)減弱帶上 D．應(yīng)對(duì)繡湖小區(qū)那幾幢高樓采取物理措施改變它們的固有頻率以防止地震危害。11．（欽南區(qū)校級(jí)月考）一個(gè)單擺在地面上做受迫振動(dòng)，其共振曲線（振幅A與驅(qū)動(dòng)力頻率f的關(guān)系）如圖所示，以下說法正確的是（）A．此單擺的固有周期約為2s B．此單擺的擺長約為1m C．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(dòng) E．此單擺共振時(shí)的振幅是8cm12．（路南區(qū)校級(jí)期中）下列說法中正確的是（）A．在受迫振動(dòng)中，物體振動(dòng)的頻率不一定等于驅(qū)動(dòng)力的頻率 B．做簡諧運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)，經(jīng)過四分之一周期，所通過的路程不一定等于振幅 C．麥克斯韋提出光是一種電磁波并通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在 D．雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，若只減小雙縫到光屏間的距離，兩相鄰亮條紋間距將變小13．（湖北二模）下列說法正確的是（）A．火車過橋要慢行是要避免發(fā)生共振損壞橋梁 B．不是所有的波都具有干涉、衍射現(xiàn)象 C．所有的波都具有多普勒效應(yīng) D．聲波振動(dòng)的方向與聲音傳播的方向一致 E．所有波能發(fā)生偏振現(xiàn)象14．（常州期末）關(guān)于某物體受迫振動(dòng)的共振曲線，下列判斷正確的是（）A．物體的固有頻率等于f0 B．物體作受迫振動(dòng)時(shí)的頻率等于f0 C．物體作受迫振動(dòng)時(shí)振幅相同則頻率必相同 D．為避免共振發(fā)生應(yīng)該讓驅(qū)動(dòng)力的頻率遠(yuǎn)離f015．（金華期末）下列說法正確的是（）A．軍隊(duì)過橋時(shí)整齊的步伐會(huì)造成橋梁斷裂，是因?yàn)楫a(chǎn)生了一個(gè)巨大的作用力 B．交通警察向行進(jìn)的車輛發(fā)射超聲波，通過測(cè)量反射波的頻率變化確定車輛的速度，這是應(yīng)用了波的多普勒效應(yīng) C．“聞其聲而不見其人”是生活中司空見慣的現(xiàn)象，其原理是聲波的干涉 D．介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)同時(shí)參與幾列波的振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)位移等于這幾列波單獨(dú)傳播時(shí)引起的位移的矢量和16．（館陶縣校級(jí)月考）如圖所示，有質(zhì)量相同的四個(gè)擺球懸于同一根橫線上，四個(gè)擺的擺長分別為L1＝2m、L2＝1.5m、L3＝1m、L4＝0.5m，現(xiàn)用一周期為2s的驅(qū)動(dòng)力以垂直于擺線的方向作用在橫線上，使這四個(gè)擺受迫振動(dòng)，穩(wěn)定時(shí)（）A．四個(gè)擺的周期相同 B．?dāng)[1的振幅最大 C．四個(gè)擺的周期不同，但振幅相等 D．?dāng)[3的振幅最大17．（洛川縣校級(jí)月考）如圖所示，A球振動(dòng)后，通過水平細(xì)繩迫使B球、C球振動(dòng)，則下列說法正確的是（）A．只有A球和C球的振動(dòng)周期相同 B．A球的振幅比B球的振幅小 C．C球的振幅比B球的振幅大 D．A球、B球、C球振動(dòng)周期相同18．（江蘇一模）下列說法中正確的是（）A．受迫振動(dòng)的頻率與振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率有關(guān) B．波是傳遞能量的一種方式 C．牛頓環(huán)是由光的衍射產(chǎn)生的 D．電子液晶顯示是光的偏振現(xiàn)象的應(yīng)用19．（煙臺(tái)期中）如圖所示為某物體系統(tǒng)做受迫振動(dòng)的振幅A隨驅(qū)動(dòng)力頻率f的變化關(guān)系圖，則下列說法正確的是（）A．物體系統(tǒng)的固有頻率為f0 B．當(dāng)驅(qū)動(dòng)力頻率為f0時(shí)，物體系統(tǒng)會(huì)發(fā)生共振現(xiàn)象 C．物體系統(tǒng)振動(dòng)的頻率由驅(qū)動(dòng)力頻率和物體系統(tǒng)的固有頻率共同決定 D．驅(qū)動(dòng)力頻率越大，物體系統(tǒng)的振幅越大20．（湯原縣校級(jí)月考）下列說法正確的是（）A．簡諧振動(dòng)物體在平衡位置回復(fù)力為零加速度也一定為零 B．鳴笛汽車駛近路人的過程中，路人聽到的聲波頻率與波源相比減小 C．在受迫振動(dòng)中，驅(qū)動(dòng)力的頻率不一定等于物體的固有頻率 D．只有障礙物的尺寸比波長小或與波長相差不多的時(shí)候才會(huì)發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象 E．在山腳下走時(shí)準(zhǔn)確的擺鐘移到高山上走時(shí)將變快21．（齊河縣校級(jí)期中）下列說法正確的是（）A．簡諧振動(dòng)的回復(fù)力與位移大小的平方成正比，且與位移的方向相反 B．如果測(cè)出單擺的擺長l、周期T，做出l﹣T2的圖象，圖象的斜率就等于重力加速度 C．挑水時(shí)為了防止水從桶中蕩出，可以加快或減慢走路的步頻 D．系統(tǒng)做穩(wěn)定的受迫振動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)振動(dòng)的頻率等于周期性驅(qū)動(dòng)力的頻率22．（新疆模擬）下列說法正確的是（）A．某物體做受迫振動(dòng)，其振動(dòng)頻率與物體的固體頻率相同 B．一列簡諧橫波沿x軸負(fù)方向傳播，t＝0時(shí)刻的波形滿足y＝0.1sin（4πx）m，此時(shí)x＝0.6m處的質(zhì)點(diǎn)正在沿y軸正方向運(yùn)動(dòng) C．對(duì)著日光燈管從兩支緊靠的鉛筆夾成的狹縫間看到的彩色條紋，是由于光發(fā)生衍射的緣故 D．電磁波和機(jī)械波一樣，波速都由介質(zhì)唯一決定 E．光導(dǎo)纖維利用了光的全反射，光纖內(nèi)芯的折射率大于外套的折射率23．（南昌模擬）下列說法正確的是（）A．在干涉現(xiàn)象中，振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)的位移總比減弱點(diǎn)的位移要大 B．單擺在周期性外力作用下做受迫振動(dòng)，其振動(dòng)周期與單擺的擺長無關(guān) C．火車鳴笛向我們駛來，我們聽到的笛聲頻率比聲源發(fā)聲的頻率高 D．當(dāng)水波通過障礙物時(shí)，若障礙的尺寸與波長差不多，或比波長大的多時(shí)，將發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象 E．用兩束單色光A、B，分別在同一套裝置上做干涉實(shí)驗(yàn)，若A光的條紋間距比B光的大，則說明A光波長大于B光波長24．（洛南縣期中）如圖所示，在一根張緊的繩上掛著4個(gè)擺球a、b、c、d，它們的擺長關(guān)系是La＝Lc＝L，Lb＝1.5L，Ld＝0.5L．當(dāng)a擺擺動(dòng)時(shí)，其余各擺也隨之振動(dòng)起來，則（）A．b擺的振幅最大 B．c擺的振幅最大 C．b擺的振動(dòng)周期為2π D．b擺的振動(dòng)周期最大，d擺的振動(dòng)周期最小25．（懷仁縣校級(jí)期中）研究單擺受迫振動(dòng)規(guī)律時(shí)得到如圖所示的圖象，則下列說法正確的是（）A．其縱坐標(biāo)為位移 B．單擺的固有周期為2s C．圖象的峰值表示共振時(shí)的振幅 D．單擺的擺長為2m26．（南陽期末）關(guān)于振動(dòng)和波的認(rèn)識(shí)，下列說法正確的是（）A．單擺做簡諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力是重力和擺線拉力的合力 B．部隊(duì)過橋不能齊步走而要便步走，是為了避免橋梁發(fā)生共振現(xiàn)象 C．聲源與觀察者相互靠近時(shí)，觀察者所接收的聲波頻率大于聲源振動(dòng)的頻率 D．若能夠觀察到某波能發(fā)生偏振現(xiàn)象，則說明該波是橫波27．（射洪縣校級(jí)期中）如圖所示演示裝置，一根張緊的水平繩上掛著5個(gè)單擺，其中A、D擺長相同，先使A擺擺動(dòng)，其余各擺也擺動(dòng)起來，穩(wěn)定后可以發(fā)現(xiàn)（）A．各擺的周期相同 B．B擺振動(dòng)的周期最短 C．C擺振動(dòng)