高中物理人教版 (2019)選擇性必修第一冊(cè)6 受迫振動(dòng) 共振教課內(nèi)容ppt課件-課件下載-教習(xí)網(wǎng)

1．知道什么是阻尼振動(dòng)和受迫振動(dòng)，會(huì)用能量觀點(diǎn)分析阻尼振動(dòng)的振幅變化和受迫振動(dòng)的共振現(xiàn)象。2．通過(guò)實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)固有頻率、驅(qū)動(dòng)力頻率與振動(dòng)頻率之間的區(qū)別和聯(lián)系。3．了解產(chǎn)生共振的條件，認(rèn)識(shí)共振是受迫振動(dòng)的一種特殊情況。4．能夠根據(jù)實(shí)際生活中的振動(dòng)特點(diǎn)，應(yīng)用振動(dòng)的規(guī)律解釋與解決相關(guān)問(wèn)題。
1．固有振動(dòng)和固有頻率如果振動(dòng)系統(tǒng)在沒(méi)有____干預(yù)的情況下做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，周期或頻率僅由系統(tǒng)自身的性質(zhì)決定，這種振動(dòng)叫作固有振動(dòng)，其振動(dòng)頻率稱(chēng)為_(kāi)_______。
探究重構(gòu)·關(guān)鍵能力達(dá)成
知識(shí)點(diǎn)一　振動(dòng)中的能量損失
提醒　系統(tǒng)的固有頻率由系統(tǒng)自身的性質(zhì)決定，與振幅無(wú)關(guān)。
(1)阻尼振動(dòng)。____隨時(shí)間逐漸減小的振動(dòng)。阻尼振動(dòng)的圖像如圖所示，振幅越來(lái)越小，最后停止振動(dòng)。(2)振動(dòng)系統(tǒng)能量衰減的兩種方式。①振動(dòng)系統(tǒng)受到____阻力作用，機(jī)械能逐漸轉(zhuǎn)化為_(kāi)___。②振動(dòng)系統(tǒng)引起鄰近介質(zhì)中各____的振動(dòng)，能量向外輻射出去。
如圖所示，一位大人帶著小朋友蕩秋千。
問(wèn)題1　如果大人開(kāi)始時(shí)只推了小朋友一次，使小朋友自己蕩起秋千，以后秋千振動(dòng)是什么振動(dòng)？振幅怎樣變化？
提示：秋千振動(dòng)是阻尼振動(dòng)，振幅越來(lái)越小。
問(wèn)題2　為了保證秋千的振幅不變，每次小朋友蕩到最高點(diǎn)時(shí)大人就適當(dāng)用力推一次小朋友，則秋千振動(dòng)可以認(rèn)為是什么振動(dòng)？
提示：秋千振動(dòng)是無(wú)阻尼振動(dòng)。
1．阻尼振動(dòng)產(chǎn)生原因：當(dāng)振動(dòng)系統(tǒng)受到阻力的作用時(shí)，即振動(dòng)受到了阻尼時(shí)，系統(tǒng)克服阻尼的作用要做功，消耗機(jī)械能，因而振幅減小，最后停下來(lái)。其振動(dòng)圖像如圖所示。
2．阻尼振動(dòng)系統(tǒng)能量衰減的方式(1)振動(dòng)系統(tǒng)受到摩擦阻力的作用，使振動(dòng)系統(tǒng)的機(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)，使能量向四周散射出去，從而自身機(jī)械能減少。
3．對(duì)阻尼振動(dòng)的理解(1)同一振動(dòng)系統(tǒng)做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)能量的大小由振幅決定。(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)的頻率仍由系統(tǒng)自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定，并不會(huì)隨振幅的減小而變化。例如，用力敲鑼?zhuān)捎阼屖艿娇諝獾淖枘嶙饔?，振幅越?lái)越小，鑼聲減弱，但音調(diào)不變。
【典例1】　(多選)如圖所示是單擺做阻尼振動(dòng)的振動(dòng)圖線，下列說(shuō)法正確的是(　　)A．振動(dòng)過(guò)程中周期變小B．振動(dòng)過(guò)程中周期不變C．?dāng)[球A時(shí)刻的勢(shì)能等于B時(shí)刻的勢(shì)能D．?dāng)[球A時(shí)刻的動(dòng)能等于B時(shí)刻的動(dòng)能
BC　[阻尼振動(dòng)中，單擺的振幅逐漸減小，由于周期與振幅無(wú)關(guān)，故振動(dòng)過(guò)程中周期不變，A錯(cuò)誤，B正確；因A、B兩時(shí)刻的位移相同，故擺球A時(shí)刻的勢(shì)能等于B時(shí)刻的勢(shì)能，C正確；由于振動(dòng)的能量逐漸減小，故擺球A時(shí)刻的動(dòng)能大于B時(shí)刻的動(dòng)能，D錯(cuò)誤。]
規(guī)律方法　理解阻尼振動(dòng)的兩個(gè)角度：(1)從振動(dòng)能量上來(lái)講，由于阻力做負(fù)功，振動(dòng)物體的機(jī)械能逐漸減小，振幅逐漸變小，但由于振動(dòng)中動(dòng)能與勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化，不能說(shuō)下一時(shí)刻的動(dòng)能或勢(shì)能變小。(2)從振動(dòng)周期、頻率上看，周期與頻率由振動(dòng)系統(tǒng)本身決定，阻尼振動(dòng)中周期、頻率不變。
[跟進(jìn)訓(xùn)練]1．如圖所示是單擺做阻尼振動(dòng)的位移－時(shí)間圖線，下列說(shuō)法正確的是(　　)A．?dāng)[球在P與N時(shí)刻的勢(shì)能相等B．?dāng)[球在P與N時(shí)刻的動(dòng)能相等C．?dāng)[球在P與N時(shí)刻的機(jī)械能相等D．?dāng)[球在P時(shí)刻的機(jī)械能小于在N時(shí)刻的機(jī)械能
A　[由于擺球的勢(shì)能大小由其位移和擺球質(zhì)量共同決定，P、N兩時(shí)刻位移大小相同，所以勢(shì)能相等，A正確；由于系統(tǒng)機(jī)械能在減少，P、N兩時(shí)刻勢(shì)能相同，則P時(shí)刻動(dòng)能大于N時(shí)刻動(dòng)能，B、C、D錯(cuò)誤。]
1．驅(qū)動(dòng)力如果存在阻尼作用，振動(dòng)系統(tǒng)最終會(huì)停止振動(dòng)。為了使系統(tǒng)持續(xù)振動(dòng)下去，對(duì)振動(dòng)系統(tǒng)施加周期性的________，外力對(duì)系統(tǒng)____，____系統(tǒng)的能量損耗，這種______的外力叫作驅(qū)動(dòng)力。
2．受迫振動(dòng)(1)定義：系統(tǒng)在______作用下的振動(dòng)，叫作受迫振動(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，物體振動(dòng)的頻率等于______的頻率，與物體的________無(wú)關(guān)。
(1)在圖中，三個(gè)不同的彈簧將三個(gè)質(zhì)量相同的小球固定在搖桿上，使驅(qū)動(dòng)力的頻率由小逐漸變大。觀察三個(gè)小球的振動(dòng)情況。
(2)將三個(gè)不同的彈簧換成三個(gè)相同的彈簧，將三個(gè)質(zhì)量相同的小球換成三個(gè)質(zhì)量不同的小球，重復(fù)操作，觀察三個(gè)小球的振動(dòng)情況。
問(wèn)題1　三個(gè)小球的振動(dòng)屬于哪種振動(dòng)？
問(wèn)題2　三個(gè)小球的振動(dòng)頻率有什么變化？
提示：開(kāi)始起振時(shí)，三個(gè)小球的振動(dòng)頻率不相等，隨著驅(qū)動(dòng)力的頻率變大，振動(dòng)穩(wěn)定后，三個(gè)小球的振動(dòng)頻率相等，都等于驅(qū)動(dòng)力的頻率。
1．受迫振動(dòng)(1)條件：受到阻力和驅(qū)動(dòng)力。(2)能量：機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，其他形式的能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。2．受迫振動(dòng)的特點(diǎn)系統(tǒng)做受迫振動(dòng)時(shí)，振動(dòng)穩(wěn)定后的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，跟系統(tǒng)的固有頻率無(wú)關(guān)。
3．受迫振動(dòng)的振幅受迫振動(dòng)的振幅與驅(qū)動(dòng)力的頻率和固有頻率有關(guān)。驅(qū)動(dòng)力的頻率與固有頻率相差越大，受迫振動(dòng)的振幅越?。或?qū)動(dòng)力的頻率與固有頻率相差越小，受迫振動(dòng)的振幅越大；當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率與固有頻率相等時(shí)，受迫振動(dòng)的振幅最大。
【典例2】　如圖所示，曲軸上懸掛一彈簧振子，轉(zhuǎn)動(dòng)搖把，曲軸可以帶動(dòng)彈簧振子上下振動(dòng)。開(kāi)始時(shí)不轉(zhuǎn)動(dòng)搖把，而讓振子自由上下振動(dòng)，測(cè)得其頻率為2 Hz，然后勻速轉(zhuǎn)動(dòng)搖把，轉(zhuǎn)速為240 r/min，當(dāng)振子振動(dòng)穩(wěn)定時(shí)，它振動(dòng)的周期為(　　)A．0.5 s　 B．0.25 s　 C．2 s　 D．4 s
[跟進(jìn)訓(xùn)練]2．下列振動(dòng)中屬于受迫振動(dòng)的是(　　)A．用重錘敲擊一下懸吊著的鐘后，鐘的振動(dòng)B．電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接通電源后，振針的振動(dòng)C．小孩睡在自由擺動(dòng)的吊床上，隨吊床一起擺動(dòng)D．不受外力的彈簧振子在豎直方向上沿上下方向振動(dòng)
B　[受到敲擊后的鐘不再受驅(qū)動(dòng)力，其振動(dòng)是自由振動(dòng)；電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接通電源后，振針的振動(dòng)受電源的驅(qū)動(dòng)，屬于受迫振動(dòng)；小孩睡在自由擺動(dòng)的吊床上，隨吊床一起擺動(dòng)屬于自由振動(dòng)；不受外力的彈簧振子在豎直方向上上下振動(dòng)，屬于自由振動(dòng)，綜上所述，故B正確。]
1．共振(1)定義：當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率____固有頻率時(shí)，物體做受迫振動(dòng)的振幅達(dá)到______的現(xiàn)象。(2)條件：驅(qū)動(dòng)力頻率____物體的固有頻率。(3)特征：共振時(shí)受迫振動(dòng)的____最大。(4)共振曲線：如圖所示。表示受迫振動(dòng)的______與___________的關(guān)系圖像，圖中f0為振動(dòng)物體的固有頻率。
知識(shí)點(diǎn)三　共振現(xiàn)象及其應(yīng)用
2．共振的應(yīng)用和防止(1)共振的應(yīng)用。在應(yīng)用共振時(shí)，應(yīng)使驅(qū)動(dòng)力頻率____或____振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率。(2)共振的防止。在防止共振時(shí)，應(yīng)使驅(qū)動(dòng)力頻率與系統(tǒng)的固有頻率相差____越好。
唐朝洛陽(yáng)有個(gè)和尚喜歡彈撥一種叫磬的樂(lè)器，如圖所示。奇怪的是磬在無(wú)人彈撥時(shí)經(jīng)常自發(fā)鳴響，無(wú)緣無(wú)故地發(fā)出嗡嗡的聲音，使和尚感到大為驚奇，漸漸由驚而疑，由疑而怯，以為是妖孽作怪，結(jié)果憂(yōu)慮成疾，病倒在床。一天，和尚向前來(lái)探望他的朋友訴說(shuō)了內(nèi)心的憂(yōu)慮，正在說(shuō)話時(shí)，寺院里的鐘聲響了，說(shuō)來(lái)奇怪，磬也發(fā)出了嗡嗡的響聲。和尚的朋友明白了原因，悄悄用鋼銼在磬上銼了幾處，從此之后，磬再也不會(huì)無(wú)故發(fā)聲了。和尚以為妖怪已被趕走，心事頓消，病也不治而愈。
問(wèn)題1　磬為什么會(huì)不敲自鳴呢？
提示：磬不敲自鳴是共振現(xiàn)象。磬的固有頻率和鐘的頻率一樣，因此每當(dāng)鐘響時(shí)，引起磬的共振而發(fā)出嗡嗡之聲。
問(wèn)題2　和尚的朋友悄悄用鋼銼在磬上銼了幾處之后，為什么磬再也不會(huì)無(wú)故發(fā)聲？
提示：和尚的朋友悄悄用鋼銼在磬上銼了幾處之后，改變了其固有頻率，使其固有頻率與鐘的頻率不一致，鐘響時(shí)不會(huì)再引起磬的共振而無(wú)故發(fā)聲了。
1．對(duì)共振條件的理解共振的條件：f驅(qū)＝f固(或T驅(qū)＝T固)。(1)從受力角度看：當(dāng)振動(dòng)物體所受驅(qū)動(dòng)力的方向跟它的運(yùn)動(dòng)方向相同時(shí)，驅(qū)動(dòng)力對(duì)它起加速作用，使它的振幅增大，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，從而振幅達(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)力始終對(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。
2．對(duì)共振曲線的理解(1)共振曲線的意義：反映了物體做受迫振動(dòng)的振幅與驅(qū)動(dòng)力頻率的關(guān)系，如圖所示。
(2)f0的意義：表示做受迫振動(dòng)物體的固有頻率。(3)規(guī)律：①當(dāng)f ＝f0時(shí)，發(fā)生共振，振幅最大；②當(dāng)f f0時(shí)，f 增大，振幅減??；(4)結(jié)論：驅(qū)動(dòng)力的頻率f越接近振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率f0，受迫振動(dòng)的振幅越大，反之振幅越小。
【典例3】　如圖甲所示，上海某學(xué)校實(shí)驗(yàn)室中的五個(gè)單擺懸掛于同一根繃緊的水平繩上。圖乙是E單擺做受迫振動(dòng)時(shí)的共振曲線，它表示振幅與驅(qū)動(dòng)力的頻率的關(guān)系。問(wèn)(擺角不超過(guò)5°，重力加速度g取π2)：
(1)先讓A、B、C、D其中的哪一個(gè)擺擺動(dòng)起來(lái)，E單擺的振動(dòng)最為劇烈？(2)E單擺的擺長(zhǎng)大?。?br/>規(guī)律方法　分析共振問(wèn)題的方法 (1)在分析解答有關(guān)共振問(wèn)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(wèn)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。
[母題變式]1．若將[典例3]中E擺從該學(xué)校移至北京某高中的實(shí)驗(yàn)室中，共振曲線的“峰”將怎樣移動(dòng)？(已知該學(xué)校當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣缺缺本┑男?
[解析]　若將E擺從該學(xué)校移至北京某高中的實(shí)驗(yàn)室中，因重力加速度變大，故固有周期減小，固有頻率變大，共振曲線的“峰”將向右移動(dòng)。
[答案]　“峰”將向右移動(dòng)
2．如果將[典例3]中的共振曲線換成“雙峰值”的共振曲線，如圖所示。
(1)若兩個(gè)“峰值”表示在地球上同一地點(diǎn)的兩個(gè)不同單擺的共振曲線，求兩個(gè)單擺的擺長(zhǎng)之比。(2)若兩個(gè)“峰值”表示同一單擺分別在地球和另一個(gè)星球上的共振曲線，求地球和該星球表面的重力加速度之比。
1．由于存在空氣阻力，嚴(yán)格來(lái)講，任何物體的機(jī)械振動(dòng)都不是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，在振動(dòng)過(guò)程中(　　)A．振幅減小，周期減小，機(jī)械能減小B．振幅減小，周期不變，機(jī)械能減小C．振幅不變，周期減小，機(jī)械能減小D．振幅不變，周期不變，機(jī)械能減小
應(yīng)用遷移·隨堂評(píng)估自測(cè)
B　[由于存在空氣阻力，振動(dòng)系統(tǒng)在振動(dòng)過(guò)程中機(jī)械能減小，振幅減小，但其周期為固有周期，故周期不變，故B正確。]
2．近些年，科學(xué)家們逐步對(duì)極地進(jìn)行開(kāi)發(fā)和探索，由于極地大面積被冰雪覆蓋，開(kāi)發(fā)和探索的進(jìn)度受到影響，人們?yōu)榱思涌爝M(jìn)度發(fā)明了共振破冰船，如圖所示。破冰船利用專(zhuān)用傳感器感應(yīng)冰面的振動(dòng)反饋，自動(dòng)調(diào)節(jié)錘頭振動(dòng)頻率。當(dāng)冰層與錘頭發(fā)生共振時(shí)，可以大幅提高破冰效率。結(jié)合所學(xué)知識(shí)，下列說(shuō)法正確的是(　　)
A．錘頭振動(dòng)頻率越高，冰層的振動(dòng)幅度越大，破冰效果越好B．破冰效果最好時(shí)，錘頭的振動(dòng)頻率等于冰層的固有頻率C．破冰船停止工作后，冰層余振的振幅越來(lái)越小，頻率也越來(lái)越小D．對(duì)于不同冰層，破冰效果最好時(shí)，錘頭的振動(dòng)頻率相同
B　[當(dāng)驅(qū)動(dòng)力頻率等于物體固有頻率時(shí)，物體的振幅最大，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力頻率小于固有頻率時(shí)，隨著驅(qū)動(dòng)力頻率增大，振幅增大，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力頻率大于固有頻率時(shí)，隨著驅(qū)動(dòng)力頻率增大，振幅減小，故A錯(cuò)誤，B正確；破冰船停止工作后，冰層余振的振幅越來(lái)越小，但頻率不變，故C錯(cuò)誤；對(duì)于不同冰層，破冰效果最好時(shí)，錘頭的振動(dòng)頻率等于冰層的固有頻率，不同冰層固有頻率不同，所以錘頭的振動(dòng)頻率不相同，故D錯(cuò)誤。]
D　[彈簧振子在把手作用下做受迫振動(dòng)，因此彈簧振子的振動(dòng)周期等于驅(qū)動(dòng)力的周期，即等于T2，故A、B錯(cuò)誤；驅(qū)動(dòng)力的周期與彈簧振子的固有周期越接近，彈簧振子的振幅越大，由于T2＞T1，欲使彈簧振子的振幅增大，應(yīng)使T2減小，即把手的轉(zhuǎn)速應(yīng)增大，故C錯(cuò)誤，D正確。]
4．(多選)一個(gè)單擺在地球表面做受迫振動(dòng)，其共振曲線(受迫振動(dòng)的振幅A與驅(qū)動(dòng)力頻率f的關(guān)系)如圖所示，則(　　)A．此單擺的固有周期約為0.5 sB．此單擺的擺長(zhǎng)約為1 mC．若擺長(zhǎng)增大，單擺的固有頻率減小，共振曲線的峰將向左移動(dòng)D．若將該單擺運(yùn)到月球上，共振曲線的峰將向右移動(dòng)
回歸本節(jié)知識(shí)，自我完成以下問(wèn)題：1．做阻尼振動(dòng)的物體，振幅和頻率有什么特點(diǎn)？
提示：振幅逐漸減小，頻率保持不變。
2．做受迫振動(dòng)的物體，其頻率由什么決定？
提示：頻率由驅(qū)動(dòng)力的頻率決定。
3．物體發(fā)生共振的條件是什么？
提示：驅(qū)動(dòng)力的頻率等于物體的固有頻率。
共振的本質(zhì)共振的過(guò)程類(lèi)似于一個(gè)強(qiáng)烈的正反饋過(guò)程，可以使系統(tǒng)能量在短時(shí)間內(nèi)劇烈增加，那么共振的本質(zhì)是什么？一切的振動(dòng)其表現(xiàn)形式必然是位移，其背后則必然是能量的流動(dòng)。共振威力巨大的根本原因在于共振使外界的力量直接作用于分子、原子層次(或者某個(gè)其他的特定層次)，并不斷地吸收能量，使其發(fā)生小范圍的劇烈位移。如果外界的頻率與固有頻率不一致，那么外力的作用對(duì)象就是整個(gè)物體，但是如果與固有頻率一致，那作
閱讀材料·拓寬物理視野
用對(duì)象就直接變成了一個(gè)個(gè)的分子、原子，共振破壞了粒子之間的團(tuán)結(jié)，使之互相內(nèi)斗，結(jié)果可能使整個(gè)系統(tǒng)瞬間崩潰。從鐘擺這個(gè)宏觀的振動(dòng)系統(tǒng)來(lái)看，如果外力的步調(diào)和鐘擺的固有頻率相同(比如總是在鐘擺運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)，給予鐘擺一個(gè)斜向下的力)，那鐘擺就會(huì)不斷地吸收外界的能量。外界能量每一次都會(huì)被完全吸收，這樣鐘擺本身所具有的能量就會(huì)急劇增加。如果外力的步調(diào)與鐘擺不一致，那么上一次吸收的能量，下一次可能就被外力抵消掉，鐘擺本身的重力勢(shì)能也會(huì)被外力不時(shí)地抵消掉，這就使鐘擺本身所具有的能量總是保持在一個(gè)波動(dòng)的水平，并且峰值不會(huì)太高，能量在反復(fù)地吸收、散失、吸收、散失。
簡(jiǎn)言之，共振的威力就在于外力以最精準(zhǔn)的方式(或者說(shuō)節(jié)奏)作用于物體最微觀的層次(或者說(shuō)特定的層次)，使物體在該層次的每個(gè)基本單元(比如鐘擺、原子、分子)不斷吸收能量，進(jìn)而發(fā)生劇烈位移，并最終在該層次產(chǎn)生極大的破壞作用。
問(wèn)題1．什么是共振現(xiàn)象？
提示：受迫振動(dòng)的振幅達(dá)到最大值的現(xiàn)象。
2．發(fā)生共振的條件是什么？
提示：驅(qū)動(dòng)力的頻率等于受迫振動(dòng)物體的固有頻率。
題組一　振動(dòng)中的能量損失1．(多選)一單擺做阻尼振動(dòng)，則在振動(dòng)過(guò)程中(　　)A．振幅越來(lái)越小，周期也越來(lái)越小B．振幅越來(lái)越小，周期不變C．通過(guò)某一位置時(shí)，機(jī)械能始終不變D．機(jī)械能不守恒，周期不變
課時(shí)分層作業(yè)(十)　受迫振動(dòng)　共振
BD　[單擺做阻尼振動(dòng)時(shí)能量有損失，振幅越來(lái)越小，機(jī)械能越來(lái)越小，但振動(dòng)周期不變，故A、C錯(cuò)誤，B、D正確。]
2．(多選)彈簧振子在振動(dòng)過(guò)程中振幅逐漸減小，這是由于(　　)A．振子開(kāi)始振動(dòng)時(shí)振幅太小B．在振動(dòng)過(guò)程中要不斷克服外界阻力做功，消耗能量C．動(dòng)能和勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化D．振子的機(jī)械能逐漸轉(zhuǎn)化為內(nèi)能
BD　[由于阻力作用，振子的機(jī)械能逐漸轉(zhuǎn)化為內(nèi)能且減小，振幅減小，故選BD。]
題組二　受迫振動(dòng)3．2021年5月18日中午，345.8米高的深圳賽格大廈發(fā)生晃動(dòng)。排除地震、臺(tái)風(fēng)等因素的影響，專(zhuān)家組認(rèn)為大廈頂端的桅桿與桅桿風(fēng)導(dǎo)致的渦激共振是引發(fā)大廈有感振動(dòng)的外因，大廈及桅桿動(dòng)力特性的改變以致大廈主體結(jié)構(gòu)和桅桿具有相同的固有頻率是引發(fā)有感振動(dòng)的內(nèi)因。為減小晃動(dòng)幅度，你認(rèn)為以下措施最具操作性的是(　　)A．降低大廈高度以增加穩(wěn)定性B．減小大廈質(zhì)量以改變固有頻率C．消除周邊振源以改變驅(qū)動(dòng)力來(lái)源D．安裝大型阻尼器以減小振動(dòng)幅度
C　[當(dāng)物體的固有頻率和振源的振動(dòng)頻率接近時(shí)，會(huì)以較大的振幅做振動(dòng)，從而形成共振。降低大廈高度、減小大廈質(zhì)量都可以改變大廈的固有頻率從而防止共振現(xiàn)象的發(fā)生，安裝大型阻尼器可以減小振幅，但是通過(guò)題干可知消除周邊振源以改變驅(qū)動(dòng)力來(lái)源最具有操作性，故C正確。]
4．物體做受迫振動(dòng)，一開(kāi)始驅(qū)動(dòng)力的頻率小于物體的固有頻率，則在驅(qū)動(dòng)力的頻率逐漸增大的過(guò)程中，物體的振幅將(　　)A．增大　　　　　B．減小C．先增大后減小　　D．先減小后增大
C　[當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率 f 等于物體的固有頻率 f0時(shí)，物體發(fā)生共振，振幅最大；當(dāng)f < f0時(shí)，隨 f 的增大，振幅增大；當(dāng)f > f0時(shí)，隨 f 的增大，振幅減小，如圖所示。由于一開(kāi)始驅(qū)動(dòng)力的頻率小于物體的固有頻率，因此當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率逐漸增大時(shí)，物體的振幅先增大后減小。選項(xiàng)C正確。]
5．一鉤碼和一輕彈簧構(gòu)成彈簧振子，可用如圖甲所示的裝置研究該彈簧振子的受迫振動(dòng)。勻速轉(zhuǎn)動(dòng)把手時(shí)，曲桿給彈簧振子一驅(qū)動(dòng)力，使振子做受迫振動(dòng)。若保持把手不動(dòng)，給鉤碼一向下的初速度，鉤碼便做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，振動(dòng)圖像如圖乙所示，當(dāng)把手以某一速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，受迫振動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，鉤碼的振動(dòng)圖像如圖丙所示。下列說(shuō)法正確的是(　　)
A．彈簧振子的固有周期為8 sB．驅(qū)動(dòng)力的周期為4 sC．減小驅(qū)動(dòng)力的周期，彈簧振子的振幅一定減小D．增大驅(qū)動(dòng)力的周期，彈簧振子的振幅一定減小
D　[由題圖乙可知，彈簧振子的固有周期為4 s，故A錯(cuò)誤；由題圖丙可知彈簧振子做受迫振動(dòng)的周期為8 s，所以驅(qū)動(dòng)力的周期為8 s，故B錯(cuò)誤；當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率等于物體的固有頻率時(shí)，物體的振幅達(dá)到最大，故當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的周期約為4 s時(shí)，彈簧振子的振幅最大，所以減小驅(qū)動(dòng)力的周期，彈簧振子的振幅可能增大，故C錯(cuò)誤，增大驅(qū)動(dòng)力的周期，彈簧振子的振幅一定減小，D正確。]
題組三　共振現(xiàn)象及其應(yīng)用6．下列說(shuō)法正確的是(　　)A．洗衣機(jī)工作時(shí)機(jī)殼的振動(dòng)頻率等于其固有頻率B．鼓手隨音樂(lè)敲擊鼓面時(shí)，鼓面的振動(dòng)是自由振動(dòng)C．為了防止橋梁發(fā)生共振而坍塌，部隊(duì)要齊步通過(guò)橋梁D．較弱聲音可震碎玻璃杯，是因?yàn)椴ＡПl(fā)生了共振
D　[正常工作時(shí)，洗衣機(jī)波輪的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率比洗衣機(jī)的固有頻率大，所以洗衣機(jī)工作時(shí)機(jī)殼的振動(dòng)頻率大于其固有頻率，故A錯(cuò)誤；鼓手隨音樂(lè)敲擊鼓面時(shí)，鼓面的振動(dòng)是受迫振動(dòng)，故B錯(cuò)誤；部隊(duì)經(jīng)過(guò)橋梁時(shí)，規(guī)定不許齊步走，主要原因是避免使橋發(fā)生共振，故C錯(cuò)誤；較弱聲音可震碎玻璃杯，是因?yàn)椴ＡПl(fā)生了共振，故D正確。]
7．如圖所示，在一根張緊的水平繩上掛有5個(gè)單擺，其中b擺球質(zhì)量最大，其余4個(gè)擺球質(zhì)量相等，擺長(zhǎng)關(guān)系為L(zhǎng)c>Lb＝Ld>La>Le，現(xiàn)將b擺垂直紙面向里拉開(kāi)一微小角度后釋放，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，其余各擺均振動(dòng)起來(lái)并達(dá)到穩(wěn)定時(shí)的情況是(　　)A．4個(gè)單擺的周期Tc＞Td＞Ta＞TeB．4個(gè)單擺的頻率fc＝fd＝fa＝feC．4個(gè)單擺的振幅Ac＝Ad＝Aa＝AeD．4個(gè)單擺中d擺的振幅最小，且Ae＜Aa
8．(多選)把一個(gè)篩子用四根彈簧支撐起來(lái)，篩子上裝一個(gè)電動(dòng)偏心輪，它每轉(zhuǎn)一周，給篩子一個(gè)驅(qū)動(dòng)力，這就做成了一個(gè)共振篩，如圖甲所示。該共振篩的共振曲線如圖乙所示。已知增大電壓，可使偏心輪轉(zhuǎn)速提高，增加篩子質(zhì)量，可增大篩子的固有周期。某電壓下斷電后，發(fā)現(xiàn)篩子的振動(dòng)幅度先越來(lái)越大后越來(lái)越小，下列說(shuō)法正確的是(　　)
A．該電壓下偏心輪的轉(zhuǎn)速有可能是45 r/minB．該電壓下偏心輪的轉(zhuǎn)速有可能是75 r/minC．該電壓下，減小篩子的質(zhì)量可使篩子的振幅增大D．篩子的質(zhì)量不變的情況下，將電動(dòng)偏心輪的電壓從該電壓開(kāi)始增加，可使篩子的振幅增大
BC　[電壓越大，偏心輪轉(zhuǎn)速越高，在斷電后，電壓減小，轉(zhuǎn)速變慢，周期變大，頻率減小，斷電后，發(fā)現(xiàn)篩子的振動(dòng)幅度先越來(lái)越大后越來(lái)越小，即說(shuō)明在該電壓下的頻率大于共振頻率0.8 Hz，共振頻率0.8 Hz對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速為48 r/min，則該電壓下偏心輪的轉(zhuǎn)速不可能是45 r/min，有可能是75 r/min，A錯(cuò)誤，B正確；該電壓下偏心輪的頻率大于共振頻率，減小篩子的質(zhì)量，由題意可知篩子的固有周期變小，則固有頻率增大，與偏心輪頻率相差減小，可使篩子的振幅增大，C正確；篩子的質(zhì)量不變的情況下，將電動(dòng)偏心輪的電壓增加，可使偏心輪轉(zhuǎn)速提高，周期減小，頻率增大，與篩子的固有頻率相差增大，會(huì)使篩子的振幅減小，D錯(cuò)誤。]
9．轎車(chē)的懸掛系統(tǒng)是由車(chē)身與輪胎間的彈簧及避震器組成的支持系統(tǒng)。某型號(hào)轎車(chē)的車(chē)身－懸掛系統(tǒng)的固有頻率是2 Hz，這輛汽車(chē)勻速通過(guò)某路口的條狀減速帶，如圖所示。已知相鄰兩條減速帶間的距離為 1.0 m，該車(chē)經(jīng)過(guò)該減速帶的過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是(　　)
A．當(dāng)該轎車(chē)通過(guò)減速帶時(shí)，車(chē)身上下振動(dòng)的頻率均為2 Hz，與車(chē)速無(wú)關(guān)B．該轎車(chē)通過(guò)減速帶的速度越大，車(chē)身上下顛簸得越劇烈C．當(dāng)該轎車(chē)以7.2 km/h的速度通過(guò)減速帶時(shí)，車(chē)身上下顛簸得最劇烈D．不同車(chē)輛以相同速度通過(guò)減速帶時(shí)，車(chē)身上下顛簸的劇烈程度相同
10．如圖甲所示，一個(gè)豎直圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，固定在圓盤(pán)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)，當(dāng)圓盤(pán)靜止時(shí)，小球可穩(wěn)定振動(dòng)。改變圓盤(pán)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的周期，其共振曲線(振幅A與驅(qū)動(dòng)力的頻率 f 的關(guān)系)如圖乙所示。現(xiàn)使圓盤(pán)以4 s的周期勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，小球振動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定，則下列說(shuō)法正確的是(　　)
A．此振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率約為0.25 HzB．此振動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定后的振動(dòng)頻率約為3 HzC．若圓盤(pán)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的周期減小，則系統(tǒng)的振動(dòng)周期也隨之變小D．若圓盤(pán)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的周期增大，共振曲線的峰值將向左移動(dòng)
11．弦樂(lè)器小提琴是由兩端固定的琴弦產(chǎn)生振動(dòng)而發(fā)聲的，如圖甲所示。為了研究同一根琴弦振動(dòng)頻率與哪些因素有關(guān)，可利用圖乙所示的實(shí)驗(yàn)裝置，一塊厚木板上有A、B兩個(gè)楔支撐著琴弦，其中A楔固定，B楔可沿木板移動(dòng)來(lái)改變琴弦振動(dòng)部分的長(zhǎng)度，將琴弦的末端固定在木板O點(diǎn)，另一端通過(guò)滑輪接上砝碼以提供一定拉力，輕輕撥動(dòng)琴弦，在AB間產(chǎn)生振動(dòng)(不計(jì)摩擦)。
問(wèn)題：(1)先保持拉力為150 N不變，改變AB的距離L(即改變琴弦長(zhǎng)度)，測(cè)出不同長(zhǎng)度時(shí)琴弦振動(dòng)的頻率，記錄結(jié)果如表1所示。表1
從表1數(shù)據(jù)可判斷在拉力不變時(shí)，琴弦振動(dòng)的頻率f與弦長(zhǎng)L的關(guān)系為_(kāi)__________。
(2)保持琴弦長(zhǎng)度為0.80 m不變，改變拉力，測(cè)出不同拉力時(shí)琴弦振動(dòng)的頻率，記錄結(jié)果如表2所示。表2
從表2數(shù)據(jù)可判斷在琴弦長(zhǎng)度不變時(shí)，琴弦振動(dòng)的頻率f與拉力F的關(guān)系為_(kāi)_______________________。

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