第6課 受迫振動 共振 -2023-2024學(xué)年高二物理（人教版2019）（原卷版）

第6課受迫振動共振學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)課程標(biāo)準(zhǔn)學(xué)習(xí)目標(biāo)通過試驗，生疏受迫振動的特點(diǎn)。了解產(chǎn)生共振的條件及其應(yīng)用。1．通過觀看演示試驗和各種實例，分析概括出受迫振動的特點(diǎn)。2．了解無阻尼狀況下共振現(xiàn)象的產(chǎn)生條件是驅(qū)動力的頻率等于系統(tǒng)的固有頻率。3．通過查閱資料等方式，了解共振技術(shù)在現(xiàn)代生活中的應(yīng)用。002預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)（一）課前閱讀：復(fù)習(xí)：動力、阻力、振幅、振動的能量、周期、頻率為了交通平安，常在大路上設(shè)置如圖所示的減速帶，減速帶使路面略微拱起以達(dá)到使車輛減速的目的。一排等間距設(shè)置的減速帶，可有效降低車速。（二）基礎(chǔ)梳理一、阻尼振動（一）固有周期、固有頻率沒有干預(yù)下的周期、頻率叫做固有周期、固有頻率（二）阻尼振動1、外力始終做功2、系統(tǒng)能量不斷、振幅不斷3、以周期、頻率振動【概念連接】動力、阻力、阻尼、能量、固有周期、固有頻率【拓展補(bǔ)充】兩種阻尼：摩擦生熱、波帶走能量【即學(xué)即練】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(jī)械能不守恒，周期不變D．機(jī)械能守恒，頻率不變2．（多選）一單擺在空氣中振動，振幅漸漸減小．下列說法正確的是()A．機(jī)械能漸漸轉(zhuǎn)化為其他形式的能B．后一時刻的動能肯定小于前一時刻的動能C．后一時刻的勢能肯定小于前一時刻的勢能D．后一時刻的機(jī)械能肯定小于前一時刻的機(jī)械能【微點(diǎn)撥】阻尼不影響周期、頻率二、受迫振動(1)概念：系統(tǒng)在作用下的振動.(2)振動特征：物體做受迫振動達(dá)到穩(wěn)定后，物體振動的頻率等于的頻率，與物體的頻率無關(guān).【概念連接】固有振動、阻尼振動、受迫振動【拓展補(bǔ)充】受迫振動的振幅由驅(qū)動力強(qiáng)度、阻尼大小、固有頻率和驅(qū)動力頻率的關(guān)系共同打算【即學(xué)即練】1.推斷題物體做受迫振動時，其振動頻率與固有頻率無關(guān)。()2．如圖所示，在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．開頭時不轉(zhuǎn)動搖把，讓振子自由上下振動，測得其頻率為2Hz；然后以60r/min的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動搖把，當(dāng)振子振動穩(wěn)定時，它的振動周期為()A．0.25sB．0.5sC．1sD．2s【微點(diǎn)撥】留意單位的統(tǒng)一三、共振現(xiàn)象及其應(yīng)用(1)概念：當(dāng)驅(qū)動力的頻率等于時，物體做受迫振動的振幅的現(xiàn)象.(2)共振的條件：驅(qū)動力的頻率等于.(3)共振的特征：共振時最大.(4)共振曲線(如圖所示).【概念連接】受迫振動、振幅、驅(qū)動力【拓展補(bǔ)充】共振的應(yīng)用及危害的防止【即學(xué)即練】（多選）一個單擺在地面上做受迫振動，其共振曲線(振幅A與驅(qū)動力頻率f的關(guān)系)如圖所示，則()A.此單擺的固有周期為2sB.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，共振曲線的峰將向左移動（三）預(yù)習(xí)作業(yè)1．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，鐘的搖擺B．打點(diǎn)計時器接通電源后，振針的振動C．小孩睡在自由搖擺的吊床上，小孩隨著吊床一起搖擺D．彈簧振子在豎直方向上沿上下方向振動2．（多選）正在運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)器，當(dāng)其飛輪以角速度ω0勻速轉(zhuǎn)動時，機(jī)器的振動不猛烈，切斷電源，飛輪的轉(zhuǎn)動漸漸慢下來，在某一小段時間內(nèi)機(jī)器卻發(fā)生了猛烈的振動，此后飛輪轉(zhuǎn)速連續(xù)變慢，機(jī)器的振動也隨之減弱，在機(jī)器停下來之后若重新啟動機(jī)器，使飛輪轉(zhuǎn)動的角速度從0較緩慢地增大到ω0，在這一過程中()A．機(jī)器不肯定還會發(fā)生猛烈的振動B．機(jī)器肯定還會發(fā)生猛烈的振動C．若機(jī)器發(fā)生猛烈振動，猛烈振動可能發(fā)生在飛輪角速度為ω0時D．若機(jī)器發(fā)生猛烈振動，猛烈振動時飛輪的角速度確定不為ω03．部隊經(jīng)過橋梁時，規(guī)定不許齊步走，登山運(yùn)動員登高山時，不許高聲叫喊，主要緣由是()A．減輕對橋的壓力，避開產(chǎn)生回聲B．削減對橋、雪山的沖量C．避開使橋、使雪山發(fā)生共振D．使橋受到的壓力更不均勻，使登山運(yùn)動員耗散能量削減003探究提升環(huán)節(jié)一阻尼振動思考：1．何為阻尼？2．阻尼會影響周期、頻率嗎？環(huán)節(jié)二受迫振動問題探究1：（多選）如圖所示為受迫振動的演示裝置，在一根張緊的繩子上懸掛幾個擺球，可以用一個單擺(稱為“驅(qū)動擺”)驅(qū)動另外幾個單擺.下列說法正確的是()A.某個單擺搖擺過程中多次通過同一位置時，速度可能不同B.假如驅(qū)動擺的擺長為L，則其他單擺的振動周期都等于2πeq\r(\f(L,g))C.驅(qū)動擺只把振動形式傳播給其他單擺，不傳播能量D.假如某個單擺的擺長等于驅(qū)動擺的擺長，則這個單擺的振幅最大環(huán)節(jié)三共振及其應(yīng)用問題探究2：兩單擺在不同的驅(qū)動力作用下其振幅A隨驅(qū)動力頻率f變化的圖象如圖中甲、乙所示，則下列說法正確的是()A.單擺振動時的頻率與固有頻率有關(guān)，振幅與固有頻率無關(guān)B.若兩單擺放在同一地點(diǎn)，則甲、乙兩單擺的擺長之比為4∶1C.若兩單擺擺長相同放在不同的地點(diǎn)，則甲、乙兩單擺所處兩地的重力加速度之比為4∶1D.周期為2s的單擺叫作秒擺，在地面四周，秒擺的擺長約為2m問題探究3：（多選）一砝碼和一輕彈簧構(gòu)成彈簧振子，如圖甲所示的裝置可用于爭辯該彈簧振子的受迫振動，勻速轉(zhuǎn)動把手時，曲桿給彈簧振子以驅(qū)動力，使振子做受迫振動，把手勻速轉(zhuǎn)動的周期就是驅(qū)動力的周期，轉(zhuǎn)變把手勻速轉(zhuǎn)動的速度就可以轉(zhuǎn)變驅(qū)動力的周期，若保持把手不動，給砝碼一個向下的初速度，砝碼便做簡諧運(yùn)動，振動圖線如圖乙所示，當(dāng)把手以某一速度勻速轉(zhuǎn)動，受迫振動達(dá)到穩(wěn)定時，砝碼的振動圖線如圖丙所示，若用T0表示彈簧振子的固有周期，T表示驅(qū)動力的周期，y表示受迫振動達(dá)到穩(wěn)定后砝碼振動的振幅，則()A．由圖線可知T0＝4sB．由圖線可知T0＝8sC．當(dāng)T在4s四周時，y顯著增大；當(dāng)T比4s小得多或大得多時，y很小D．當(dāng)T在8s四周時，y顯著增大；當(dāng)T比8s小得多或大得多時，y很小004體系構(gòu)建振動類型自由振動受迫振動共振受力狀況僅受回復(fù)力受驅(qū)動力受驅(qū)動力振動周期或頻率由系統(tǒng)本身性質(zhì)打算，即固有周期T0或固有頻率f0由驅(qū)動力的周期或頻率打算，即T＝T驅(qū)或f＝f驅(qū)T驅(qū)＝T0或f驅(qū)＝f0振動能量振動物體的機(jī)械能不變由產(chǎn)生驅(qū)動力的物體供應(yīng)振動物體獲得的能量最大常見例子彈簧振子或單擺(θ≤5°)機(jī)械工作時底座發(fā)生的振動共振篩、聲音的共鳴等005記憶清單一、阻尼振動★學(xué)習(xí)聚焦：阻尼使得振幅不斷減小，但不會影響周期和頻率。二、受迫振動★學(xué)習(xí)聚焦：物體做受迫振動的周期(或頻率)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(guān)，做受迫振動的物體受到的驅(qū)動力的頻率與其固有頻率越接近，其振幅就越大，當(dāng)二者相等時，振幅達(dá)到最大。三、共振★學(xué)習(xí)聚焦：做受迫振動的物體受到的驅(qū)動力的頻率與其固有頻率越接近，其振幅就越大，當(dāng)二者相等時，振幅達(dá)到最大，這就是共振現(xiàn)象。00601強(qiáng)化訓(xùn)練1.（多選）下列說法正確的是()A．單擺運(yùn)動到平衡位置時，回復(fù)力為零B．只有發(fā)生共振時，受迫振動的頻率才等于驅(qū)動力的頻率C．水平放置的彈簧振子做簡諧振動時的能量等于在平衡位置時振子的動能D．單擺的周期隨擺球質(zhì)量的增大而增大2．（多選）關(guān)于受迫振動和共振，下列說法正確的是()A．火車過橋時限制速度是為了防止火車發(fā)生共振B．若驅(qū)動力的頻率為5Hz，則受迫振動穩(wěn)定后的振動頻率肯定為5HzC．當(dāng)驅(qū)動力的頻率等于系統(tǒng)的固有頻率時，受迫振動的振幅最大D．一個受迫振動系統(tǒng)在非共振狀態(tài)時，同一振幅對應(yīng)的驅(qū)動力頻率肯定有兩個3．（多選）如圖所示，A球振動后，通過水平細(xì)繩迫使B、C振動，振動達(dá)到穩(wěn)定時，下列說法中正確的是()A．只有A、C的振動周期相等B．C的振幅比B的振幅小C．C的振幅比B的振幅大D．A、B、C的振動周期相等4．（多選）一根張緊的繩上懸掛著4個單擺，a和d擺長相等，其余各擺擺長不等，如圖所示，使d擺開頭振動，則其余三擺的振動狀況是()A．a(chǎn)擺的振幅最大B．c擺的振幅最大C．c擺的振幅、周期最大，b擺的振動周期最小D．a(chǎn)、b、c三擺的振動周期均等于d擺的振動周期5．如圖所示，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．開頭時不轉(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(dāng)振子振動穩(wěn)定后，它的振動周期為()A.eq\f(1,2)sB.eq\f(1,4)sC．2sD．4s6.如圖所示是一彈簧振子做受迫振動時的振幅與驅(qū)動力頻率的關(guān)系，由圖可知以下說法錯誤的是()A．驅(qū)動力的頻率為f2時，振子處于共振狀態(tài)B．驅(qū)動力的頻率為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和f37.（多選）關(guān)于受迫振動和共振，下列說法正確的是()A.火車過橋時限制速度是為了防止火車發(fā)生共振B.若驅(qū)動力的頻率為5Hz，則受迫振動穩(wěn)定后的振動頻率肯定為5HzC.當(dāng)驅(qū)動力的頻率等于系統(tǒng)的固有頻率時，受迫振動的振幅最大D.受迫振動系統(tǒng)的機(jī)械能守恒8.（多選）一個單擺在地面上做受迫振動，其共振曲線(振幅A與驅(qū)動力頻率f的關(guān)系)如圖所示，則下列說法正確的是()A．此單擺的固有周期約為2sB．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，共振曲線的峰將向左移動9．（多選）某簡諧振子，自由振動時的振動圖像如圖甲中實線所示，而在某驅(qū)動力作用下做受迫振動時，穩(wěn)定后的振動圖像如圖甲中虛線所示，那么，此受迫振動對應(yīng)的狀態(tài)可能是圖乙中的()A．a(chǎn)點(diǎn) B．b點(diǎn)C．c點(diǎn) D．肯定不是c點(diǎn)10．（多選）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，篩子在做自由振動時，20s內(nèi)完成了10次全振動．在某電壓下電動偏心輪轉(zhuǎn)速是36r/min，已知假如增大電壓可以使偏心輪轉(zhuǎn)速提高；增加篩子質(zhì)量，可以增大篩子的固有周期，那么，要使篩子的振幅增大，下列做法正確的是()A．提高輸入電壓B．降低輸入電壓C．增加篩子質(zhì)量D．削減篩子質(zhì)量11．如圖所示是單擺做阻尼振動的振動圖線．則擺球A時刻的動能________B時刻的動能，擺球A時刻的勢能________B時刻的勢能．12.如圖所示為兩個單擺受迫振動的共振曲線．兩個單擺的固有周期之比為TⅠ∶TⅡ＝________.