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1、
第4節(jié) 生活中的振動(dòng)
課堂互動(dòng)
三點(diǎn)剖析
一、受迫振動(dòng)的特點(diǎn)
受迫振動(dòng)的周期和頻率由驅(qū)動(dòng)力決定，與振動(dòng)物體的固有周期和頻率無(wú)關(guān).受迫振動(dòng)的周期和頻率總等于驅(qū)動(dòng)力的周期和頻率.
受迫振動(dòng)的振幅與驅(qū)動(dòng)力的頻率和固有頻率之差有關(guān)，二者之差越小振幅越大，二者之差越大振幅就越小.
【例1】 說(shuō)說(shuō)受迫振動(dòng)的振動(dòng)頻率與驅(qū)動(dòng)力頻率的關(guān)系.
剖析:受迫振動(dòng)是周期性外力作用下的振動(dòng).外力對(duì)系統(tǒng)做功,克服阻尼作用,補(bǔ)償系統(tǒng)的能量損耗,使系統(tǒng)持續(xù)地振動(dòng)下去.設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)如下:
如圖1-4-2所示的裝置,勻速轉(zhuǎn)動(dòng)把手時(shí),把手給彈簧振子以驅(qū)動(dòng)力使振子做受迫振動(dòng).用不同的轉(zhuǎn)速勻速地轉(zhuǎn)動(dòng)把
2、手,認(rèn)真觀察實(shí)驗(yàn)中驅(qū)動(dòng)力的周期與把手轉(zhuǎn)動(dòng)周期的關(guān)系,通過(guò)實(shí)驗(yàn),我們可以得出結(jié)論:驅(qū)動(dòng)力周期與把手周期是相同的,而受迫振動(dòng)穩(wěn)定后的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率,跟物體的固有頻率無(wú)關(guān).
圖1-4-2
二、共振的條件和共振現(xiàn)象
共振條件：驅(qū)動(dòng)力的頻率等于物體的固有頻率.
受迫振動(dòng)的振幅隨驅(qū)動(dòng)力頻率變化（共振曲線）如圖1-4-3所示，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力頻率逐漸增大到固有頻率時(shí)，振幅隨驅(qū)動(dòng)力頻率的增大而增大；當(dāng)驅(qū)動(dòng)力頻率等于固有頻率時(shí)，振幅最大；當(dāng)驅(qū)動(dòng)力頻率從固有頻率逐漸增大時(shí)，振幅隨驅(qū)動(dòng)力頻率的增大而減小.
圖1-4-3
【例2】 把一個(gè)篩子用四根相同的彈簧支起來(lái)，篩子上裝一個(gè)電動(dòng)偏
3、心輪，它轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，給篩子以周期性的驅(qū)動(dòng)力，這就做成了一個(gè)共振篩.篩子做自由振動(dòng)時(shí)，完成20次全振動(dòng)用時(shí)10 s，在某電壓下，電動(dòng)偏心輪的轉(zhuǎn)速是90 r/min,已知增大電動(dòng)偏心輪的驅(qū)動(dòng)電壓，可使其轉(zhuǎn)速提高；增加篩子的質(zhì)量，可以增大篩子的固有周期.要使篩子的振幅增大，下列辦法可行的是( )
A.降低偏心輪的驅(qū)動(dòng)電壓 B.提高偏心輪的驅(qū)動(dòng)電壓
C.增加篩子的質(zhì)量 D.減小篩子的質(zhì)量
解析：把握住產(chǎn)生共振的條件是f驅(qū)=f固.
共振篩的固有頻率f固=2.0 Hz，驅(qū)動(dòng)力的頻率為電動(dòng)偏心輪的頻率f驅(qū)=Hz=1
4、.5 Hz.要使振幅增大，必須使f固與f驅(qū)接近，有兩種方法：①使f固減小，即增大固有周期，應(yīng)增加篩子的質(zhì)量.②使f驅(qū)增大，即提高轉(zhuǎn)速，應(yīng)提高驅(qū)動(dòng)電壓.
答案：BC
各個(gè)擊破
類題演練1
做受迫振動(dòng)的物體達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，則( )
A.一定做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)
B.一定按驅(qū)動(dòng)力的頻率振動(dòng)
C.一定發(fā)生共振
D.是否發(fā)生共振取決于驅(qū)動(dòng)力的頻率是否等于物體的固有頻率
解析：因?yàn)槲矬w做受迫振動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到周期性外力的作用，其受力特點(diǎn)不一定滿足F=-kx的關(guān)系，所以A錯(cuò)誤.由于物體做受迫振動(dòng)，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)其振動(dòng)的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，與固有頻率無(wú)關(guān)，故B正確.對(duì)于處于穩(wěn)定狀態(tài)下的受迫
5、振動(dòng)物體是否發(fā)生共振，完全取決于驅(qū)動(dòng)力的頻率與固有頻率的關(guān)系，當(dāng)兩者相等時(shí)，即發(fā)生共振，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤，而選項(xiàng)D正確.
答案：BD
變式提升1
如圖1-4-4所示是一個(gè)做阻尼振動(dòng)的物體的振動(dòng)圖象,A、B兩點(diǎn)所在直線與橫軸平行.下列說(shuō)法正確的是（ ）
圖1-4-4
A.物體A時(shí)刻的動(dòng)能等于B時(shí)刻的動(dòng)能 B.物體A時(shí)刻的勢(shì)能等于B時(shí)刻的勢(shì)能
C.物體A時(shí)刻的機(jī)械能等于B時(shí)刻的機(jī)械能 D.物體A時(shí)刻的機(jī)械能大于B時(shí)刻的機(jī)械能
解析:物體在A、B點(diǎn)偏離平衡位置的距離相等,勢(shì)能相等,B正確.因?yàn)槲矬w做阻尼振動(dòng),故機(jī)械能在減小,A時(shí)刻的機(jī)械能大于B時(shí)刻的機(jī)械能,D正確
6、.
答案:BD
類題演練2
支持列車車廂的彈簧固有頻率為2 Hz，若列車行駛在每根長(zhǎng)為12.5 m的鐵軌連成的鐵道上，則當(dāng)列車運(yùn)行速度多大時(shí)，車廂振動(dòng)的劇烈程度最大？
解析：列車運(yùn)動(dòng)時(shí)，車輪每通過(guò)相鄰的兩根鐵軌的連接處時(shí)，就會(huì)受到一次撞擊，所以車廂和彈簧構(gòu)成的振動(dòng)系統(tǒng)在這種周期性變化的撞擊力——驅(qū)動(dòng)力的作用下做受迫振動(dòng)，驅(qū)動(dòng)力的周期為L(zhǎng)/v,故由共振條件，當(dāng)f=(f=2 Hz)時(shí)，列車車廂發(fā)生共振，解得v=fL=25 m/s.
答案：v=25 m/s
變式提升2
如圖1-4-5中,當(dāng)A振動(dòng)起來(lái)后,通過(guò)水平繩迫使B、C振動(dòng),下列說(shuō)法中正確的是（ ）
圖1-4-5
A.
7、只有A、C的振動(dòng)周期相等 B.A的振幅比B小
C.C振動(dòng)的振幅比B大 D.A、B、C的振動(dòng)周期相等
解析：A振動(dòng)后迫使水平繩振動(dòng),水平繩振動(dòng),水平繩再迫使B、C振動(dòng),所以B、C做受迫振動(dòng),其振動(dòng)周期等于驅(qū)動(dòng)力周期,即A的自由振動(dòng)周期,TB=TC=TA固=2π,所以C發(fā)生共振,B不發(fā)生共振,C的振幅比B大.
答案：CD
6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375
高中物理 第1章 機(jī)械振動(dòng) 第4節(jié) 生活中的振動(dòng)教案 魯科版選修34
