2-6受迫振動(dòng)-共振(人教版2019選擇性必修第一冊)(原卷版)

第二章機(jī)械運(yùn)動(dòng)第6節(jié)受迫振動(dòng)共振重點(diǎn)+難點(diǎn)核心素養(yǎng)1.了解受迫振動(dòng)、阻尼振動(dòng)、固有頻率的概念。2.掌握受迫振動(dòng)的頻率由驅(qū)動(dòng)力的頻率決定。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與方法。觀察演示實(shí)驗(yàn)，明確受迫振動(dòng)的頻率決定于驅(qū)動(dòng)力的頻率。知識點(diǎn)一振動(dòng)中的能量損失1．固有頻率彈簧振子與單擺在的情況下做簡諧運(yùn)動(dòng)，周期或頻率與無關(guān)，僅由系統(tǒng)自身的性質(zhì)決定，我們把這種振動(dòng)稱為固有振動(dòng)，其振動(dòng)頻率稱為固有頻率。2．阻尼振動(dòng)由于實(shí)際的振動(dòng)系統(tǒng)都會(huì)受到摩擦力、黏滯力等阻力作用，必然逐漸。這種隨時(shí)間的振動(dòng)稱為阻尼振動(dòng)。3．能量衰減的方式(1)由于振動(dòng)系統(tǒng)受到摩擦阻力作用，使振動(dòng)系統(tǒng)的逐漸轉(zhuǎn)化為。(2)由于振動(dòng)系統(tǒng)引起鄰近介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)，使能量向四周輻射出去，從而自身機(jī)械能減少。知識點(diǎn)二受迫振動(dòng)1．驅(qū)動(dòng)力作用于振動(dòng)系統(tǒng)的外力。2．受迫振動(dòng)系統(tǒng)在作用下的振動(dòng)叫作受迫振動(dòng)。3．受迫振動(dòng)的頻率物體做受迫振動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定后，物體振動(dòng)的頻率等于的頻率，與物體的——無關(guān)。知識點(diǎn)三共振現(xiàn)象及其應(yīng)用1．共振現(xiàn)象當(dāng)驅(qū)動(dòng)力頻率固有頻率時(shí)，物體做受迫振動(dòng)的振幅達(dá)到，這種現(xiàn)象稱為共振。2．共振的應(yīng)用與防止(1)共振的應(yīng)用在應(yīng)用共振時(shí)，驅(qū)動(dòng)力頻率接近或等于振動(dòng)系統(tǒng)的。例如轉(zhuǎn)速計(jì)。(2)共振的防止在防止共振時(shí)，驅(qū)動(dòng)力頻率與系統(tǒng)的相差越大越好。例如：部隊(duì)過橋時(shí)用便步；火車過橋時(shí)減速；輪船航行時(shí)，改變航向或航速。目的都是使驅(qū)動(dòng)力的頻率物體的固有頻率。易錯(cuò)易混點(diǎn)一阻尼振動(dòng)易錯(cuò)易混點(diǎn)1.1對阻尼振動(dòng)的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)認(rèn)識不清。例1．單擺做阻尼振動(dòng)的振動(dòng)圖像如圖所示，下列說法正確的是()A．?dāng)[球A時(shí)刻的動(dòng)能等于B時(shí)刻的動(dòng)能B．?dāng)[球A時(shí)刻的勢能等于B時(shí)刻的勢能C．振動(dòng)過程中擺球的動(dòng)能不斷減小D．振動(dòng)過程中擺球的勢能不斷減小易錯(cuò)易混點(diǎn)1.1剖析1．對阻尼振動(dòng)的理解(1)同一簡諧運(yùn)動(dòng)能量的大小由振幅大小確定。(2)阻尼振動(dòng)振幅減小的快慢跟所受阻尼的大小有關(guān)，阻尼越大，振幅減小得越快。(3)物體做阻尼振動(dòng)時(shí)，振幅雖不斷減小，但振動(dòng)的頻率仍由自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)所決定，并不會(huì)隨振幅的減小而變化。如用力敲鑼，由于鑼受到空氣的阻尼作用，振幅越來越小，鑼聲減弱，但音調(diào)不變。(4)阻尼振動(dòng)若在一段不太長的時(shí)間內(nèi)振幅沒有明顯的減小，可以把它當(dāng)成簡諧運(yùn)動(dòng)來處理。2．無阻尼振動(dòng)(等幅振動(dòng))如果振動(dòng)物體從外界取得能量，恰好能補(bǔ)償能量損失，這時(shí)它的振幅將保持不變，稱為無阻尼振動(dòng)。易錯(cuò)易混點(diǎn)二受迫振動(dòng)易錯(cuò)易混點(diǎn)2.1對受迫振動(dòng)的性質(zhì)認(rèn)識不清例2．如圖，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)的頻率約為3Hz?，F(xiàn)使圓盤以4s的周期勻速運(yùn)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)的頻率是多少？易錯(cuò)易混點(diǎn)2.1剖析物體做受迫振動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定后，物體振動(dòng)的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，與物體的固有頻率無關(guān)。驅(qū)動(dòng)力的頻率f越接近振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率f固，受迫振動(dòng)的振幅越大，反之振幅越小。易錯(cuò)易混點(diǎn)三共振現(xiàn)象及其應(yīng)用易錯(cuò)易混點(diǎn)3.1對共振現(xiàn)象的特點(diǎn)認(rèn)識不清例3.一個(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)如圖所示，則()A．此單擺的擺長約為1mB．此單擺的固有周期約為0.5sC．若擺長增大，單擺的固有頻率增大D．若擺長增大，共振曲線的峰值將向右移動(dòng)易錯(cuò)易混點(diǎn)3.1剖析(1)在分析解答有關(guān)共振問題時(shí)，要抓住產(chǎn)生共振的條件：驅(qū)動(dòng)力的頻率等于固有頻率，此時(shí)振動(dòng)的振幅最大。(2)在分析有關(guān)共振的實(shí)際問題時(shí)，要抽象出受迫振動(dòng)這一物理模型，弄清驅(qū)動(dòng)力頻率和固有頻率，然后利用共振的條件進(jìn)行求解。針對訓(xùn)練1．（2013·江蘇·高考真題）如圖所示的裝置，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（

）A．1Hz B．3Hz C．4Hz D．5Hz2．（2022·全國·高二課時(shí)練習(xí)）如圖是擺球做阻尼振動(dòng)的振動(dòng)圖像，下列說法正確的是（）A．振動(dòng)過程中周期變小B．振動(dòng)過程中周期變大C．?dāng)[球A時(shí)刻的勢能等于B時(shí)刻的勢能D．?dāng)[球A時(shí)刻的動(dòng)能等于B時(shí)刻的動(dòng)能3．（2022·全國·高二課時(shí)練習(xí)）單擺M、N、O、P自由振動(dòng)時(shí)，振動(dòng)圖像分別如圖甲、乙、丙、丁所示?，F(xiàn)將單擺M、N、O、P懸掛在如圖所示支架的細(xì)線上，并保持各自的擺長不變，使其中一個(gè)單擺振動(dòng)，經(jīng)過足夠長的時(shí)間，其他三個(gè)都可能振動(dòng)起來。不計(jì)空氣阻力。下列判斷正確的是（

）A．若使M振動(dòng)起來，P不會(huì)振動(dòng)B．若使M振動(dòng)起來，穩(wěn)定時(shí)N振動(dòng)的周期仍小于2sC．若使P振動(dòng)起來，穩(wěn)定時(shí)N比M的振幅大D．若使O振動(dòng)起來，穩(wěn)定時(shí)M的振動(dòng)周期等于3s4．（2022·山西·太原師范學(xué)院附屬中學(xué)高三階段練習(xí)）為了交通安全，常在公路上設(shè)置如圖所示的減速帶，減速帶使路面稍微拱起以達(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。如果某路面上的減速帶的間距為2.5m，一輛固有頻率為2Hz的汽車勻速駛過這排減速帶，下列說法正確的是（）A．當(dāng)汽車以8m/s的速度行駛時(shí)，其振動(dòng)頻率為2HzB．汽車速度越大，顛簸就越厲害C．當(dāng)汽車以5m/s的速度行駛時(shí)顛簸最厲害D．當(dāng)汽車以5m/s的速度行駛時(shí)最不顛簸5．（2023·全國·高三專題練習(xí)）某種減噪裝置結(jié)構(gòu)如圖所示，通過裝置的共振可吸收聲波。已知其固有頻率為（制），其中為薄板單位面積的質(zhì)量，L為空氣層的厚度。經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)它對頻率為的聲音減噪效果最強(qiáng)，若外界聲波頻率由變?yōu)椋瑒t（）A．系統(tǒng)振動(dòng)頻率為B．系統(tǒng)振動(dòng)頻率為C．為獲得更好減噪效果，可僅增大L的大小D．為獲得更好減噪效果，可僅換用更大的薄板6．（2022·全國·高二課時(shí)練習(xí)）金庸的小說里“獅子吼”是一門用聲音給敵人造成巨大傷害的功夫，網(wǎng)絡(luò)游戲中也將“獅子吼”設(shè)為物理攻擊，某電影主人公一聲“獅子吼”可將桌上的杯子震碎。用手指輕彈同樣的杯子，杯子發(fā)出清脆的聲音，測得聲音頻率為500Hz。結(jié)合所學(xué)知識推斷電影中主人公發(fā)出的“獅子吼”的攻擊原理及聲波的特點(diǎn)，下列說法可能的是（）A．他發(fā)出的“獅子吼”頻率應(yīng)該遠(yuǎn)大于500HzB．他發(fā)出的“獅子吼”頻率應(yīng)該遠(yuǎn)小于500HzC．他發(fā)出的“獅子吼”頻率應(yīng)該接近500HzD．“獅子吼”的音量一定很大7．（2022·全國·高二課時(shí)練習(xí)）如圖所示為單擺在兩次受迫振動(dòng)中的共振曲線，下列說法正確的是（g取9.8m/s2）（）A．若兩次受迫振動(dòng)分別在月球上和地球上進(jìn)行，且擺長相等，則圖線Ⅱ是月球上的單擺的共振曲線B．若兩次受迫振動(dòng)均在地球上同一地點(diǎn)進(jìn)行，則兩次擺長之比為lⅠ∶lⅡ＝4∶25C．若圖線Ⅱ?qū)?yīng)單擺的擺長約為2m，則圖線Ⅱ是在地球表面上完成的D．若圖線Ⅱ是在地球表面上完成的，則該單擺擺長約為1m8．（2022·全國·高二課時(shí)練習(xí)）為了提高松樹上松果的采摘率和工作效率，工程技術(shù)人員利用松果的慣性發(fā)明了用打擊桿、振動(dòng)器使松果落下的兩種裝置，如圖甲、乙所示。則（）A．針對不同樹木，落果效果最好的振動(dòng)頻率一定相同B．隨著振動(dòng)器頻率的增加，樹干振動(dòng)的幅度一定增大C．打擊桿對不同粗細(xì)樹干打擊結(jié)束后，樹干的振動(dòng)頻率相同D．穩(wěn)定后，不同粗細(xì)樹干的振動(dòng)頻率始終與振動(dòng)器的振動(dòng)頻率相同9．（2022·全國·高二課時(shí)練習(xí)）鋪設(shè)鐵軌時(shí)，每兩根鋼軌接縫處都必須留有一定的間隙，勻速運(yùn)行的列車經(jīng)過軌端接縫處時(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)。每根鋼軌長為12.6m，列車固有振動(dòng)周期為0.315s。下列說法不正確的是（）A．列車的危險(xiǎn)速率為40m/sB．列車過橋需要減速，是為了防止橋梁發(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．增加鋼軌的長度有利于列車高速運(yùn)行10．（多選）（2022·全國·高二課時(shí)練習(xí)）實(shí)際的振動(dòng)系統(tǒng)做阻尼振動(dòng)時(shí)，它的（

）A．位移越來越小 B．振幅越來越小C．動(dòng)能越來越小 D．機(jī)械能越來越小11．（多選）（2022·全國·高三課時(shí)練習(xí)）如圖所示，曲軸上掛一個(gè)彈簧振子，轉(zhuǎn)動(dòng)搖把，曲軸可帶動(dòng)彈簧振子上下振動(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0.5sB．當(dāng)振子穩(wěn)定振動(dòng)時(shí)，它的振動(dòng)頻率是4HzC．當(dāng)轉(zhuǎn)速增大時(shí)，彈簧振子的振幅增大D．當(dāng)搖把轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率減小到接近彈簧振子的頻率時(shí)，彈簧振子的振幅增大E．彈簧振子的振幅與轉(zhuǎn)速有關(guān)12．（多選）（2022·全國·高三課時(shí)練習(xí)）如圖甲所示，在一條張緊的繩子上掛幾個(gè)擺，a、c擺的擺長相同且小于b擺的擺長。當(dāng)a擺振動(dòng)的時(shí)候，通過張緊的繩子給其他各擺施加驅(qū)動(dòng)力，使其余各擺也振動(dòng)起來。圖乙是c擺穩(wěn)定以后的振動(dòng)圖像，重力加速度為g，不計(jì)空氣阻力，則（）A．a(chǎn)、b、c單擺的固有周期關(guān)系為Ta=Tc<TbB．b、c擺振動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，c擺振幅較大C．由圖乙可知，此時(shí)b擺的周期大于t0D．a(chǎn)擺的擺長為13．（多選）（2022·全國·高三課時(shí)練習(xí)）某振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率為，在周期性驅(qū)動(dòng)力的作用下做受迫振動(dòng)，驅(qū)動(dòng)力的頻率為。下列說法正確的是（）A．當(dāng)時(shí)，該振動(dòng)系統(tǒng)的振幅隨增大而減小B．當(dāng)時(shí)，該振動(dòng)系統(tǒng)的振幅隨減小而增大C．當(dāng)時(shí)，該振動(dòng)系統(tǒng)的振幅最大D．該振動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)穩(wěn)定后，振動(dòng)的頻率等于14．（多選）（2022·全國·高三課時(shí)練習(xí)）如圖所示為兩個(gè)單擺的受迫振動(dòng)的共振曲線，則下列說法正確的是（）A．若兩個(gè)受迫振動(dòng)分別在月球上和地球上進(jìn)行，且擺長相同，則圖線Ⅰ表示月球上單擺的共振曲線B．若兩個(gè)受迫振動(dòng)是在地球上同一地點(diǎn)進(jìn)行，則兩個(gè)擺長之比L