1、学案9 外力作用下的振动目标定位 1.知道什么是阻尼振动和无阻尼振动，并能从能量的观点给予说明.2.知道受迫振动的概念知道受迫振动的频率等于驱动力的频率，而跟振动物体的固有频率无关.3.知道共振以及发生共振的条件，知道共振的应用和防止的实例一、阻尼振动问题设计在研究弹簧振子和单摆振动时，我们强调忽略阻力的影响，它们做的振动都属于简谐运动而实际上，在实验室中让一个弹簧振子振动起来，经过一段时间它将停止振动，你知道是什么原因造成的吗？要点提炼1固有振动如果振动系统不受 的作用，此时的振动叫做固有振动，其振动频率称为 2阻尼振动(1)系统受到摩擦力或其他阻力的作用时，我们说振动受到了阻尼系统克服阻尼
2、的作用要消耗 ，因而振幅减小，最后停下来，阻尼振动的图象如图1所示图1(2)阻尼振动的振幅不断减小，系统的机械能不断减少，但阻尼振动的频率不变，其频率为固有频率，由系统本身决定例如：用力敲锣，由于锣受到空气的阻尼作用，振幅越来越小，锣声减弱，但音调不变二、受迫振动问题设计如图2所示，当弹簧振子自由振动时，振子就会慢慢地停下来，怎样才能使振子能够持续振动下去？图2 要点提炼1受迫振动加在振动系统上的 的外力，叫做驱动力系统在驱动力作用下的振动叫做受迫振动2受迫振动的周期和频率做受迫振动的物体振动稳定后，其振动频率等于 的频率，跟系统的固有频率 (填“有关”或“无关”)三、共振问题设计你知道部队过
3、桥时为什么要便步走吗？ 要点提炼1共振的条件驱动力的频率与系统的 相等，即f驱 2共振曲线如图3所示，共振曲线的横坐标为驱动力的频率，纵坐标为受迫振动系统的振幅当驱动力的频率与系统的固有频率相等时，受迫振动的振幅 图33共振的利用与防止(1)利用：在应用共振时，使驱动力频率 振动系统的固有频率如：共振筛、荡秋千、共振转速计等(2)防止：在防止共振时，使驱动力的频率与系统的固有频率 如：部队过桥应便步走、火车过桥要减速等4固有振动、受迫振动和共振的比较 振动类型比较项目固有振动受迫振动共振受力情况仅受回复力 作用周期性驱动力作用振动周期或频率由系统 决定，即固有周期或固有频率由驱 决定，即TT驱
4、或ff驱T驱 或f驱 振动能量振动物体的机械能( )由产生驱动力的物体提供振动物体获得的能量最大常见例子弹簧振子或单摆机器运转时底座发生的振动共振筛、声音的共鸣等一、对阻尼振动的理解例1 一单摆做阻尼振动，则在振动过程中( )A振幅越来越小，周期也越来越小B振幅越来越小，周期不变C在振动过程中，通过某一位置时，机械能始终不变D在振动过程中，机械能不守恒二、对受迫振动的理解例2 如图4所示，把两个弹簧振子悬挂在同一支架上，已知甲弹簧振子的固有频率为9 Hz，乙弹簧振子的固有频率为72 Hz，当支架在受到竖直方向且频率为9 Hz的驱动力作用做受迫振动时，则两个弹簧振子的振动情况是( )图4A甲的振
5、幅较大，且振动频率为18 HzB甲的振幅较大，且振动频率为9 HzC乙的振幅较大，且振动频率为9 HzD乙的振幅较大，且振动频率为72 Hz三、对共振的理解例3 如图5所示的演示装置，一根张紧的水平绳上挂着五个单摆，其中A、E摆长相同，先使A摆动，其余各摆也随着摆动起来，可以发现振动稳定后( )图5A各摆的固有周期均相同B各摆振动的周期均与A摆相同CC摆振幅最大DB摆振动周期最小例4 一个单摆做受迫振动，其共振曲线(振幅A与驱动力的频率f的关系)如图6所示，则( )图6A此单摆的固有周期约为0.5 sB此单摆的摆长约为1 mC若摆长增大，单摆的固有频率增大D若摆长增大，共振曲线的峰将向右移动1
6、(对阻尼振动的理解)做阻尼振动的振子哪些物理量在减小( )A机械能 B振幅C周期 D频率2(对受迫振动的理解)如图7所示，曲轴上悬挂一弹簧振子，转动摇把，曲轴可以带动弹簧振子上下振动开始时不转动摇把，让振子上下自由振动，测得振动频率为2 Hz，然后匀速转动摇把，转速为240 r/min，当振子振动稳定后，它的振动周期为( )图7A. s B. s C2 s D4 s3(阻尼振动中的能量)如图8所示是一个水平弹簧振子做阻尼振动的振动图象，曲线上A、B两点连线与横轴平行，下列说法正确的是( )图8A振子在A时刻的动能等于B时刻的动能B振子在A时刻的势能大于B时刻的势能C振子在A时刻的机械能等于B时
7、刻的机械能D振子在A时刻的机械能大于B时刻的机械能4(对共振的理解)一砝码和一轻弹簧构成弹簧振子，图9甲所示的装置可用于研究该弹簧振子的受迫振动匀速转动把手时，曲杆给弹簧振子以驱动力，使振子做受迫振动把手匀速转动的周期就是驱动力的周期，改变把手匀速转动的速度就可以改变驱动力的周期若保持把手不动，给砝码一向下的初速度，砝码便做简谐运动，振动图线如图乙所示当把手以某一速度匀速转动，受迫振动达到稳定时，砝码的振动图线如图丙所示若用T0表示弹簧振子的固有周期，T表示驱动力的周期，Y表示受迫振动达到稳定后砝码振动的振幅，则( ) 图9A由图线可知T04 sB由图线可知T08 sC当T在4 s附近时，Y显
8、著增大；当T比4 s小得多或大得多时，Y很小D当T在8 s附近时，Y显著增大；当T比8 s小得多或大得多时，Y很小题组一 对阻尼振动的理解1自由摆动的秋千，摆动的振幅越来越小，下列说法正确的是( )A机械能守恒B能量正在消失C总能量守恒，机械能减小D只有动能和势能的相互转化2弹簧振子在振动过程中振幅逐渐减小，这是由于( )A振子开始振动时振幅太小B在振动过程中要不断克服外界阻力做功，消耗能量C动能和势能相互转化D振子的机械能逐渐转化为内能3一单摆在空气中振动，振幅逐渐减小，下列说法正确的是( )A振动的机械能逐渐转化为其他形式的能B后一时刻的动能一定小于前一时刻的动能C后一时刻的势能一定小于前
9、一时刻的势能D后一时刻的机械能一定小于前一时刻的机械能题组二 对受迫振动的理解4下列振动中属于受迫振动的是( )A用重锤敲击一下悬吊着的钟后，钟的摆动B打点计时器接通电源后，振针的振动C小孩睡在自由摆动的吊床上，小孩随着吊床一起摆动D弹簧振子在竖直方向上沿上下方向振动52011年3月11日，日本发生了里氏9.0级大地震，导致很多房屋坍塌，场景惨不忍睹，就此事件，下列说法正确的是( )A所有建筑物振动周期相同B所有建筑物振幅相同C建筑物的振动周期由其固有周期决定D所有建筑物均做受迫振动6下列说法正确的是( )A某物体做自由振动时，其振动频率与振幅无关B某物体做受迫振动时，其振动频率与固有频率无关
10、C某物体发生共振时的频率等于其自由振动的频率D某物体发生共振时的振动就是无阻尼振动7A、B两个单摆，A摆的固有频率为f，B摆的固有频率为4f，若让它们在频率为5f的驱动力作用下做受迫振动，那么A、B两个单摆比较( )AA摆的振幅较大，振动频率为fBB摆的振幅较大，振动频率为5fCA摆的振幅较大，振动频率为5fDB摆的振幅较大，振动频率为4f题组三 对共振的理解8下列关于共振和防止共振的说法，正确的是( )A共振现象总是有害的，所以要避免共振现象发生B队伍过桥要慢行是为了不产生周期性的驱动力，从而避免产生共振C火车过桥慢行是为了使驱动力的频率远小于桥的固有频率，从而避免产生共振D利用共振时，应使
11、驱动力的频率接近或等于振动物体的固有频率；防止共振危害时，应使驱动力的频率远离振动物体的固有频率9洗衣机正常工作时外壳的振动比较平稳，但是切断电源后的洗衣机外壳某一时刻振动非常厉害，过一会儿又振动平稳些，对此正确的解释是( )A随着转速变化，固有频率越来越大B随着转速变化，固有频率越来越小C随着转速变化，驱动力频率越来越大D驱动力频率由接近固有频率逐渐远离固有频率10铺设铁轨时，每两根钢轨接缝处都必须留有一定的间隙，匀速运行的列车经过轨端接缝处时，车轮就会受到一次冲击由于每一根钢轨长度相等，所以这个冲击力是周期性的，列车受到周期性的冲击做受迫振动普通钢轨长L为12.6 m，列车固有振动周期T为
12、0.315 s下列说法正确的是( )A列车的危险速率为40 m/sB列车过桥需要减速，是为了防止列车与桥发生共振现象C列车运行的振动频率和列车的固有频率总是相等的D增加钢轨的长度有利于列车高速运行11如图1所示是一弹簧振子做受迫振动时的振幅与驱动力频率的关系，由图可知( )图1A驱动力的频率为f2时，振子处于共振状态B驱动力的频率为f3时，振子的振动频率为f3C假如让振子自由振动，它的频率为f2D振子做自由振动时，频率可以为f1、f2和f3题组四 综合应用12如图2所示是用来测量各种电动机转速的原理图在同一个铁支架MN上焊有固有频率依次为80 Hz、60 Hz、40 Hz、20 Hz的四个钢片a、b、c、d.将M端与正在转动的电动机接触，发现b钢片振幅最大，图2(1)电动机的转速为多大？(2)四个钢片a、b、c、d的振动频率分别是_、_、_、_.13如图3所示是一个单摆的共振曲线图3(1)若单摆所处环境的重力加速度g取9.8 m/s2，试求此单摆的摆长(2)若将此单摆移到高山上，共振曲线的“峰”将怎样移动？
