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1、
第4節(jié) 生活中的振動
課堂互動
三點剖析
一、受迫振動的特點
受迫振動的周期和頻率由驅(qū)動力決定，與振動物體的固有周期和頻率無關(guān).受迫振動的周期和頻率總等于驅(qū)動力的周期和頻率.
受迫振動的振幅與驅(qū)動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】 說說受迫振動的振動頻率與驅(qū)動力頻率的關(guān)系.
剖析:受迫振動是周期性外力作用下的振動.外力對系統(tǒng)做功,克服阻尼作用,補償系統(tǒng)的能量損耗,使系統(tǒng)持續(xù)地振動下去.設(shè)計一個實驗如下:
如圖1-4-2所示的裝置,勻速轉(zhuǎn)動把手時,把手給彈簧振子以驅(qū)動力使振子做受迫振動.用不同的轉(zhuǎn)速勻速地轉(zhuǎn)動把
2、手,認真觀察實驗中驅(qū)動力的周期與把手轉(zhuǎn)動周期的關(guān)系,通過實驗,我們可以得出結(jié)論:驅(qū)動力周期與把手周期是相同的,而受迫振動穩(wěn)定后的頻率等于驅(qū)動力的頻率,跟物體的固有頻率無關(guān).
圖1-4-2
二、共振的條件和共振現(xiàn)象
共振條件：驅(qū)動力的頻率等于物體的固有頻率.
受迫振動的振幅隨驅(qū)動力頻率變化（共振曲線）如圖1-4-3所示，當驅(qū)動力頻率逐漸增大到固有頻率時，振幅隨驅(qū)動力頻率的增大而增大；當驅(qū)動力頻率等于固有頻率時，振幅最大；當驅(qū)動力頻率從固有頻率逐漸增大時，振幅隨驅(qū)動力頻率的增大而減小.
圖1-4-3
【例2】 把一個篩子用四根相同的彈簧支起來，篩子上裝一個電動偏
3、心輪，它轉(zhuǎn)動過程中，給篩子以周期性的驅(qū)動力，這就做成了一個共振篩.篩子做自由振動時，完成20次全振動用時10 s，在某電壓下，電動偏心輪的轉(zhuǎn)速是90 r/min,已知增大電動偏心輪的驅(qū)動電壓，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)動電壓 B.提高偏心輪的驅(qū)動電壓
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)動力的頻率為電動偏心輪的頻率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)動電壓.
答案：BC
各個擊破
類題演練1
做受迫振動的物體達到穩(wěn)定狀態(tài)時，則( )
A.一定做簡諧運動
B.一定按驅(qū)動力的頻率振動
C.一定發(fā)生共振
D.是否發(fā)生共振取決于驅(qū)動力的頻率是否等于物體的固有頻率
解析：因為物體做受迫振動，在運動過程中受到周期性外力的作用，其受力特點不一定滿足F=-kx的關(guān)系，所以A錯誤.由于物體做受迫振動，達到穩(wěn)定狀態(tài)時其振動的頻率等于驅(qū)動力的頻率，與固有頻率無關(guān)，故B正確.對于處于穩(wěn)定狀態(tài)下的受迫
5、振動物體是否發(fā)生共振，完全取決于驅(qū)動力的頻率與固有頻率的關(guān)系，當兩者相等時，即發(fā)生共振，故選項C錯誤，而選項D正確.
答案：BD
變式提升1
如圖1-4-4所示是一個做阻尼振動的物體的振動圖象,A、B兩點所在直線與橫軸平行.下列說法正確的是（ ）
圖1-4-4
A.物體A時刻的動能等于B時刻的動能 B.物體A時刻的勢能等于B時刻的勢能
C.物體A時刻的機械能等于B時刻的機械能 D.物體A時刻的機械能大于B時刻的機械能
解析:物體在A、B點偏離平衡位置的距離相等,勢能相等,B正確.因為物體做阻尼振動,故機械能在減小,A時刻的機械能大于B時刻的機械能,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為12.5 m的鐵軌連成的鐵道上，則當列車運行速度多大時，車廂振動的劇烈程度最大？
解析：列車運動時，車輪每通過相鄰的兩根鐵軌的連接處時，就會受到一次撞擊，所以車廂和彈簧構(gòu)成的振動系統(tǒng)在這種周期性變化的撞擊力——驅(qū)動力的作用下做受迫振動，驅(qū)動力的周期為L/v,故由共振條件，當f=(f=2 Hz)時，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A振動起來后,通過水平繩迫使B、C振動,下列說法中正確的是（ ）
圖1-4-5
A.
7、只有A、C的振動周期相等 B.A的振幅比B小
C.C振動的振幅比B大 D.A、B、C的振動周期相等
解析：A振動后迫使水平繩振動,水平繩振動,水平繩再迫使B、C振動,所以B、C做受迫振動,其振動周期等于驅(qū)動力周期,即A的自由振動周期,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
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高中物理 第1章 機械振動 第4節(jié) 生活中的振動教案 魯科版選修34
