新设计物理人教版选修3-4讲义：第十一章 机械振动11-5 Word版含答案.doc

[目标定位]　1.知道阻尼振动；知道在什么情况下可以把实际发生的振动看做简谐运动.2.知道驱动力和受迫振动．通过实验，认识受迫振动的特点.3.知道共振发生的条件以及应用共振和防止共振的事例和方法．一、阻尼振动1．固有振动如果振动系统不受外力的作用，此时的振动叫做固有振动，其振动频率称为固有频率．2．阻尼振动当振动系统受到阻力的作用时，我们说振动受到了阻尼．系统克服阻尼的作用要做功，消耗机械能，因而振幅减小，最后停下来．这种振幅逐渐减小的振动，叫做阻尼振动．【深度思考】阻尼振动中，在振幅逐渐减小的过程中，振子的周期如何变化？答案　不变．周期与振幅无关．【例1】(多选)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，周期不变解析　因单摆做阻尼振动，所以振幅越来越小，机械能越来越小，振动周期不变．答案　BD二、受迫振动1．系统在驱动力作用下的振动叫受迫振动，驱动力是周期性的外力．2．受迫振动中，若周期性的驱动力给系统补充的能量与系统因振动阻尼消耗的能量相等，物体做等幅振动，但此振动不是简谐运动．3．受迫振动是指系统在驱动力作用下的振动．做受迫振动的物体的振动频率等于驱动力的频率，与物体的固有频率无关．【深度思考】跳水运动员站在跳板上一端上下振动时，跳板做何种运动？运动员离开跳板后，跳板在逐渐振动直到停下来的过程中，又做何种运动？答案　受迫振动　阻尼振动【例2】　如图1所示的装置，弹簧振子的固有频率是4 Hz.现匀速转动把手，给弹簧振子以周期性的驱动力，测得弹簧振子振动达到稳定时的频率为1 Hz，则把手转动的频率为(　　)图1A．1 HzB．3 HzC．4 HzD．5 Hz解析　受迫振动的频率等于驱动力的频率，把手转动的频率为1 Hz，选项A正确．答案　A三、共　振　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1．受迫振动的频率不管系统的固有频率如何，它做受迫振动的频率总等于周期性驱动力的频率，与系统的固有频率无关．2．共振驱动力频率f等于系统的固有频率f0时，受迫振动的振幅最大，这种现象叫做共振．3．共振曲线(如图2所示)图24．共振的防止与利用(1)利用：由共振的条件知，要利用共振，就应尽量使驱动力的频率与物体的固有频率一致．如共振筛、荡秋千、共振转速计等．(2)防止：由共振曲线可知，在需要防止共振危害时，要尽量使驱动力的频率和固有频率不相等，而且相差越多越好．如：部队过桥应便步走．说明：共振是物体做受迫振动时的一种特殊现象．【深度思考】自由振动、受迫振动和共振分别对应的周期(或频率)是什么？答案　自由振动对应固有周期(或固有频率)，受迫振动对应驱动力的周期(或频率)，而共振对应的是驱动力的周期(或频率)或固有周期(或频率)，二者相等．【例3】(多选)如图3表示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3A．驱动力频率为f2时，振子处于共振状态B．驱动力频率为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、f3解析　由题图可知当驱动力的频率为f2时，振子的振幅最大，即振子发生共振现象，故A正确；由共振条件知振子的固有频率为f2，所以C正确，D错误；振子做受迫振动时，振动频率由驱动力的频率决定，故B正确．答案　ABC【例4】　如图4所示装置中，已知弹簧振子的固有频率f固＝2 Hz，电动机皮带轮的直径d1是曲轴皮带轮直径d2的.为使弹簧振子的振幅最大，则电动机的转速应为(　　)图4A．60 r/min B．120 r/minC．30 r/min D．240 r/min解析　若使振子振幅最大，则曲轴转动频率为f＝2 Hz，即转速为2 r/s.由于＝＝，ω1r1＝ω2r2，故＝，所以电动机转速为4 r/s，即240 r/min.答案　D(1)在实际问题中抽象出共振现象这一物理模型，弄清驱动力的频率和系统的固有频率，然后利用共振的条件进行求解.(2)发生共振的条件是驱动力的频率等于物体的固有频率，此时振动的振幅最大.1．(对阻尼振动的理解)(多选)若空气阻力不可忽略，单摆在偏角很小的摆动中，总是减小的物理量为(　　)A．振幅 B．位移C．周期 D．机械能答案　AD解析　有空气阻力时，振动为阻尼振动，振幅不断减小，机械能也不断减小．位移做周期性变化，不是一直减小．根据单摆周期公式T＝2π，l、g不变，则T不变，故选项A、D正确．2．(阻尼振动的能量)秒摆摆球质量为0.2 kg，它振动到最大位移时距最低点的高度为0.4 cm，当它完成10次全振动回到最大位移处时，因有阻尼作用，距最低点的高度变为0.3 cm.如果每振动10次补充一次能量，使摆球回到原高度，那么1 min内总共应补给多少能量？(g取9.8 m/s2)答案　5.8810－3 J解析　每振动10次要补充的能量为ΔE＝mgΔh＝0.29.8(0.4－0.3)10－2 J＝1.9610－3 J．秒摆的周期为2 s,1 min内完成全振动的次数为30次，则1 min内总共应补充的能量为E＝3ΔE＝5.8810－3 J.3．(对受迫振动的理解)(多选)如图5所示为一个自制的振动系统，在泡沫上插上两根弹性很好的细竹片，并用塑料夹夹在竹片上端做成两个“单摆”A、B.A、B除塑料夹高度不同外，其他条件完全相同．当底座沿某一方向做周期性振动时，A、B也跟着振动起来。

下述说法正确的是(　　)图5A．摆A的固有频率比B的大B．当底座做周期性振动时，A摆的振动频率比B的大C．当底座振动频率由零开始从小到大变化(保持振幅不变)时，B开始振幅大，随着频率变大，摆A的振幅比B的大D．当底座振动频率由零开始从小到大变化(保持振幅不变)时，A开始振幅大，随着频率变大，摆B的振幅比A的大答案　AC解析　塑料夹夹在竹片上端做成两个“单摆”，由于固定点在下方，则lB>lA，由T＝2π，所以TB>TA，fB