第5節(jié) 生活中的振動

第5節(jié)生活中的振動一、阻尼振動1．填一填(1)自由振動：振動物體偏離平衡位置后，僅在

作用下的振動。(2)阻尼振動

①阻尼：當(dāng)振動系統(tǒng)受到

作用時，振動受到了阻尼。

②阻尼振動：

不斷減小的振動，如圖所示。回復(fù)力阻力振幅2．判一判(1)阻尼振動振幅逐漸減小是回復(fù)力的效果。

()(2)振動物體克服阻力做功，機(jī)械能不斷減小。

()(3)減震器的作用是增大阻力，使振動很快停止。

()×√√3．選一選一單擺做阻尼振動，則在振動過程中

(

)A．振幅越來越小，周期也越來越小B．振幅越來越小，周期不變C．在振動過程中，通過某一位置時，機(jī)械能始終不變D．振動過程中，機(jī)械能不守恒，周期減小解析：因單擺做阻尼振動，根據(jù)阻尼振動的定義可知，其振幅越來越小。而單擺振動過程中的周期是其固有周期，是由本身特點(diǎn)決定的，是不變的，故A、D項(xiàng)錯誤，B項(xiàng)正確；又因單擺做阻尼振動過程中，振幅逐漸減小，振動的能量也在減少，即機(jī)械能在減少，所以C項(xiàng)錯誤。答案:B

二、受迫振動與共振1．填一填(1)驅(qū)動力：為了獲得穩(wěn)定的振動，需要給振動物體施加一個

的外力，稱為驅(qū)動力。(2)受迫振動：在

作用下產(chǎn)生的振動。(3)物體做受迫振動時，振動穩(wěn)定后的周期(或頻率)總等于

的周期(或頻率)，與物體的

(或

)無關(guān)。周期性周期性外力驅(qū)動力固有周期固有頻率(4)共振

①條件：驅(qū)動力的周期(或頻率)

物體的固有周期(或固有頻率)。

②特征：在受迫振動中，共振時受迫振動的

達(dá)到最大。

③共振曲線：如圖所示。2．判一判(1)驅(qū)動力的周期對物體振動的周期沒有影響。

()(2)物體做受迫振動時，振動穩(wěn)定后的狀態(tài)叫作共振。

()(3)受迫振動中，共振時振幅最大。

()等于振幅××√3．想一想如圖，鐵架橫梁上掛著幾個擺長不同的擺。其中，A與D、G的擺長相同，D的擺球質(zhì)量大于其他擺球。使D擺偏離平衡位置后釋放，D擺在振動中通過橫梁對其他幾個擺施加周期性的驅(qū)動力。在振動穩(wěn)定后比較各球的振幅，會看到哪幾個球的振幅較大？為什么？提示：A球和G球振幅較大。因?yàn)锳球和G球擺長和D球擺長相等，固有頻率等于驅(qū)動力頻率，發(fā)生了共振現(xiàn)象。三、共振的應(yīng)用與防止1．填一填(1)共振的應(yīng)用

①路面共振破碎機(jī)通過調(diào)節(jié)振動錘頭的

，使其等于或接近水泥路面的

，使錘頭下的路面產(chǎn)生

而被擊碎。

②音叉共鳴箱是讓音叉的振動和箱內(nèi)的空氣柱產(chǎn)生

。(2)共振的防止

①輪船航行時，受到周期性的海浪沖擊而擺動，海浪沖擊力的頻率與輪船的固有頻率

，就會發(fā)生共振，輪船可能會劇烈搖擺甚至傾覆。防止這種現(xiàn)象發(fā)生的方法是改變輪船的

和

。振動頻率固有頻率共振共振相同航向速率②集體列隊(duì)經(jīng)過橋梁時要

，防止周期性的驅(qū)動力使橋梁發(fā)生共振。③車床、磨床、電鋸等工作時會伴隨不同程度的振動，要防止

現(xiàn)象的發(fā)生。④人體接近振動源時，應(yīng)該設(shè)法防止

對身體造成的不良影響。2．判一判(1)共鳴是一種聲共振現(xiàn)象。

()(2)集體列隊(duì)通過橋梁時，齊步走更安全。

()(3)洗衣機(jī)在工作時，電機(jī)的轉(zhuǎn)速不同，機(jī)身振動的程度不同。

()便步走共振共振√×√3．想一想用扁擔(dān)挑水時，有時桶里的水會蕩得厲害，并從桶中濺出來，這是為什么？提示：人挑水時，通過扁擔(dān)對水桶施加周期性的驅(qū)動力，當(dāng)驅(qū)動力的頻率等于桶里水的固有頻率時，水發(fā)生共振，水的動蕩就越來越厲害，并會從桶中濺出來。探究(一)

阻尼振動與簡諧運(yùn)動的比較[重難釋解]1．簡諧運(yùn)動是一種理想化的模型，物體運(yùn)動過程中的一切阻力都不考慮。2．阻尼振動考慮阻力的影響，是更接近實(shí)際的一種運(yùn)動。振動類型比較項(xiàng)目阻尼振動簡諧運(yùn)動產(chǎn)生原因受到阻力作用不受阻力作用振幅如果沒有能量補(bǔ)充，物體的振幅會越來越小振幅不變振動能量有損失保持不變振動頻率不變不變振動圖像實(shí)例汽車上的減震器的振動彈簧振子在光滑面上的運(yùn)動3．阻尼振動與簡諧運(yùn)動的比較：(多選)如圖所示是單擺做阻尼振動的振動圖線，下列說法中正確的是(

)A．?dāng)[球A時刻的動能等于B時刻的動能B．?dāng)[球A時刻的勢能等于B時刻的勢能C．?dāng)[球A時刻的機(jī)械能等于B時刻的機(jī)械能D．?dāng)[球A時刻的機(jī)械能大于B時刻的機(jī)械能[解析]單擺做阻尼振動，因此其機(jī)械能不斷減小，選項(xiàng)D正確，C錯誤；由題圖看出A、B兩時刻單擺的位移相同，即在同一位置，故勢能相同，選項(xiàng)B正確；因機(jī)械能越來越小，所以B時刻的動能小于A時刻的動能，選項(xiàng)A錯誤。[答案]

BD[素養(yǎng)訓(xùn)練]1．自由擺動的秋千，擺動的振幅越來越小，對于這一過程，下列說法正確的是(

)A．機(jī)械能守恒B．能量正在消失C．總能量守恒，機(jī)械能減小D．只有動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化解析：自由擺動的秋千可以看作阻尼振動的模型，振動系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)化也不只是系統(tǒng)內(nèi)部動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化，振動系統(tǒng)是一個開放系統(tǒng)，與外界時刻進(jìn)行能量交換。系統(tǒng)由于受到阻力，消耗系統(tǒng)能量做功，而使振動的能量不斷減小，但總能量守恒。答案:C

2．(多選)將測力傳感器接到計(jì)算機(jī)上可以測量快速變化的力，將單擺掛在測力傳感器的探頭上，測力探頭與計(jì)算機(jī)連接，用此方法測得的單擺擺動過程中擺線上拉力的大小隨時間變化的曲線如圖所示，g取10m/s2。某同學(xué)由此圖像提供的信息做出了下列判斷，其中正確的是

(

)A．?dāng)[球的周期T＝0.5sB．單擺的擺長l＝1mC．t＝0.5s時擺球正經(jīng)過最低點(diǎn)D．?dāng)[球運(yùn)動過程中周期越來越小探究(二)

受迫振動和共振[問題驅(qū)動]如圖所示，兩個彈簧振子懸掛在同一個支架上，已知甲彈簧振子的固有頻率為8Hz，乙彈簧振子的固有頻率為72Hz，支架受到豎直方向且頻率為9Hz的驅(qū)動力作用而做受迫振動。兩個彈簧振子的振動情況是怎樣？提示：支架在受到豎直方向且頻率為9Hz的驅(qū)動力作用下做受迫振動時，甲、乙兩個彈簧振子都做受迫振動，它們振動的頻率都等于驅(qū)動力的頻率9Hz，由于甲的固有頻率接近于驅(qū)動力的頻率，所以甲的振幅較大。

[重難釋解]1．受迫振動與共振的關(guān)系共振是受迫振動的一種特殊形式，當(dāng)驅(qū)動力的周期(或頻率)與物體的固有周期(或頻率)相等時，受迫振動的振幅達(dá)到最大，此時的受迫振動即為共振。2．對共振條件的理解(1)從受力角度看：當(dāng)振動物體所受驅(qū)動力的方向跟它的運(yùn)動方向相同時，驅(qū)動力對它起加速作用，使它的振幅增大，當(dāng)驅(qū)動力的頻率等于物體的固有頻率時，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)動力的頻率等于物體的固有頻率時，驅(qū)動力始終對物體做正功，使振動能量不斷增加，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。3．對共振曲線的理解

如圖所示。(1)兩坐標(biāo)軸的意義：

縱軸：受迫振動的振幅。

橫軸：驅(qū)動力頻率。(2)f0的意義：表示固有頻率。(3)認(rèn)識曲線形狀：f＝f0，共振；f>f0或f<f0，振幅較?。籪與f0相差越大，振幅越小。(4)結(jié)論：驅(qū)動力的頻率f越接近振動系統(tǒng)的固有頻率f0，受迫振動的振幅越大，反之振幅越小。

為了交通安全，常在公路上設(shè)置如圖所示的減速帶，減速帶使路面稍微拱起以達(dá)到車輛減速的目的。一排等間距設(shè)置的減速帶，可有效降低車速，稱為洗衣板效應(yīng)。如果某路面上的減速帶的間距為1.5m，一輛固有頻率為2Hz的汽車勻速駛過這排減速帶，下列說法正確的是

(

)A．當(dāng)汽車以5m/s的速度行駛時，其振動頻率為2HzB．當(dāng)汽車以3m/s的速度行駛時最不顛簸C．當(dāng)汽車以3m/s的速度行駛時顛簸得最厲害D．汽車速度越大，顛簸得就越厲害

一個單擺做受迫振動，其共振曲線(振幅A與驅(qū)動力的頻率f的關(guān)系)如圖所示，則

(

)A．此單擺的擺長約為1mB．此單擺的固有周期約為0.5sC．若擺長增大，單擺的固有頻率增大D．若擺長增大，共振曲線的峰值將向右移動分析共振問題的方法(1)在分析解答有關(guān)共振問題時，要抓住產(chǎn)生共振的條件：驅(qū)動力的頻率等于固有頻率，此時振動的振幅最大。(2)在分析有關(guān)共振的實(shí)際問題時，要抽象出受迫振動這一物理模型，弄清驅(qū)動力頻率和固有頻率，然后利用共振的條件進(jìn)行求解。

[素養(yǎng)訓(xùn)練]1．如圖所示，在曲軸上懸掛一彈簧振子，轉(zhuǎn)動搖把，曲軸可以帶動彈簧振子上下振動。開始時不轉(zhuǎn)動搖把，讓振子自由上下振動，測得其頻率為2Hz；然后以60r/min的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動搖把，當(dāng)振子振動穩(wěn)定時，它的振動周期為

(

)A．0.25s

B．0.5sC．1s D．2s解析：彈簧振子受搖把的作用而振動，做受迫振動，所以其振動的周期等于驅(qū)動力的周期，故C正確。答案:C

2．(多選)如圖所示，兩個質(zhì)量分別為M和m的小球，懸掛在同一根水平細(xì)線上，當(dāng)M在垂直于水平細(xì)線的平面內(nèi)擺動時，下列說法正確的是

(

)A．兩擺的振動周期是相同的B．當(dāng)兩擺的擺長相等時，m擺的振幅最大C．懸掛M的豎直細(xì)線長度變化時，m的振幅不變D．m擺的振幅可能超過M擺的振幅3．在火車車廂里吊著一擺長為0.5m的單擺，當(dāng)行駛著的火車車輪接觸到兩根鋼軌接合處的縫隙時，就受到一次撞擊而使車廂振動，每根鋼軌的長度是12.5m，那么當(dāng)火車的速度為多大時，單擺振動的振幅最大？(重力加速度g取9.8m/s2)一、培養(yǎng)創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維(選自人教版新教材課后練習(xí))如圖是一個單擺的共振曲線。(1)試估計(jì)此單擺的擺長。(2)若擺長增大，共振曲線振幅最大值所對應(yīng)的橫坐標(biāo)將怎樣變化？二、注重學(xué)以致用和思維建模1．部隊(duì)經(jīng)過橋梁時，規(guī)定不許齊步走，登山運(yùn)動員登高山時(高山上有積雪)，不許高聲叫喊，主要原因是

(

)A．減輕對橋的壓力，避免產(chǎn)生回聲B．減小對橋、高山的沖力C．避免使橋、積雪發(fā)生共振D．使橋受到的壓力均勻，使登山運(yùn)動員耗散能量減小解析：部隊(duì)過橋時如果齊步走，會給橋梁施加周期性的外力，容易使橋梁的振動幅度增加，可能發(fā)生共振，造成橋梁倒塌。登山運(yùn)動員登高山時(高山上有常年積雪，高山內(nèi)部溫度較高，有部分雪融化成了水，對覆雪起了潤滑作用)高聲叫喊，聲波容易引起積雪共振從而發(fā)生雪崩，故應(yīng)選C。答案:C

2．(選自人教版新教材課后練習(xí))如圖，張緊的水平繩上吊著A、B、C三個小球。B球靠近A球，但兩者的懸線