高中物理 第十一章 机械振动 5 外力作用下的振动课堂互动学案 新人教版选修3-4-新人教版高二选修3-4物理学案VIP免费

5．外力作用下的振动课堂互动三点剖析1.受迫振动的特点(1)受迫振动的周期和频率由驱动力决定，与振动物体的固有周期和频率无关。受迫振动的周期和频率总等于驱动力的周期和频率。(2)受迫振动的振幅与驱动力的频率和固有频率之差有关，驱动力的频率与固有频率之差越大，受迫振动的振幅越小；驱动力的频率与固有频率之差越小，受迫振动的振幅越大，当驱动力的频率与固有频率相等时，受迫振动的振幅最大。2.对共振条件的理解共振条件：驱动力的频率等于固有频率。受迫振动的振幅随驱动力频率变化(共振曲线)如图11-5-2所示，当驱动力频率逐渐增大到固有频率时，振幅随驱动力频率的增大而增大；当驱动力频率等于固有频率时，振幅最大；当驱动力频率从固有频率逐渐增大时，振幅随驱动力频率的增大而减小。图11-5-23.共振条件在生产、生活中的实际应用在现实生活中有很多共振的实例，如果想使做受迫振动的物体有尽可能小的振幅，应该使驱动力的周期或频率与物体的固有周期或频率尽可能相差多一些。如果想使做受迫振动的物体有尽可能大的振幅，应该使驱动力的周期或频率与物体的固有周期或频率尽可能相差小一些，或者相等。收音机利用电磁的共振进行选台，一些乐器利用共振来提高音响效果，核内的核磁共振利用来进行物质结构的研究以及医疗诊断等。某种情况下，共振可能造成损害，如对桥梁的驱动力的频率接近桥梁的固有频率，就可能使桥梁断裂，为此火车过桥要限速、部队过桥要便步等。各个击破【例1】如图11-5-1所示，Α球振动后，通过水平细绳迫使B、C振动，下面说法中正确的是()图11-5-1A.只有A、C振动周期相等B.A的振幅比B小C.C的振幅比B的振幅大D.A、B、C的振动周期相等1解析：A振动起来后水平细绳上的驱动力周期TA=2πglA迫使B、C做受迫振动，受迫振动的频率等于施加的驱动力的频率，所以，TA=TB=TC，而TC固=2πglA=TA，TB固=2πglB>TA,故C共振，B不共振，C的振幅比B的振幅大，所以正确选项为CD。答案：CD【例2】图11-5-3为一单摆的共振曲线，该单摆的摆长约为多少？共振时单摆的振幅多大？共振时摆球的最大速度和最大加速度各为多少?(g取10m/s2)图11-5-3解析：从共振曲线可知，单摆的固有频率f=0.5Hz,因为lgf21,所以224fgl，代入数据解得l=1m。从共振曲线可知：单摆发生共振时，振幅Am=8cm。设单摆的最大偏角为θ,摆球所能达到的最大高度为h，由机械能守恒定律得21mvm2=mgh,又h=l(1-cosθ)。当θ很小时1-cosθ=2sin22222lA。解得vm=gllA=0.25m/s。摆球在最大位移处加速度最大,有mgsinθ=mam,即am=gsinθ=g·lA,代入数据解得am=0.8m/s2。答案:1m8cm0.25m/s0.8m/s2【例3】在矿山采出的矿石还要经过选矿这一道工序,选矿时主要用到共振筛,共振筛用四根硬弹簧支起,并装有一电动偏心轮,偏心轮每转动一周就给筛子一个周期性变化的驱动力。当筛子做自由振动时,完成10次全振动的时间为15s。某电压下,电动偏心轮的转速为30r/min(转/分)。已知:如果增大电压,可使偏心轮的转速提高;增加筛子的质量,可增大筛子的固有周期,那么使共振筛的振幅增大,下列做法中正确的是()A.适当提高输入电压B.略为降低输入电压C.增加筛子的质量D.减小筛子的质量解析:筛子的振幅由驱动力频率f与固有频率f0的差值决定。即Δf=|f-f0|越小,振幅越大,要判断振幅能否增大,就要确定Δf是否减小。筛子的固有频率HzHzf32151002策动力的频率2220nf=n=30r/min=21r/s=0.5Hz.因增大电压,可提高转速,可使策动力频率增加,则Δf减小,可增大振幅;增加筛子的质量,可使固有周期增大,则固有频率变小,从而Δf减小，可使振幅增大。所以正确选项为A、C。答案：AC类题演练正在运转的洗衣机，当其脱水桶转得很快时，机身的振动并不强烈，切断电源，转动逐渐停下来，到某一时刻t,机器反而会发生强烈的振动。此后脱水桶转速继续变慢，机身的振动也随之减弱，这种现象说明()A.在时刻t脱水桶的惯性最大B.在时刻t脱水桶的转动频率最大C.在时刻t脱水桶的转动频率与机身的固有频率相等发生共振D.纯属偶然现象，并无规律解析：脱水桶的转动频率逐渐减小是在t时刻转动频率与机身固有频率相等而发生共振，使振幅最大，以后转速变慢，转动频率与固有频率之差渐渐变大，振幅减小。答案：C3