物理粵教版學(xué)案第章第六節(jié)受迫振動(dòng)共振

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精第六節(jié)受迫振動(dòng)共振學(xué)習(xí)目標(biāo)重點(diǎn)難點(diǎn)1．能說出什么是受迫振動(dòng)，能熟記受迫振動(dòng)的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率；2．能說出什么是共振，熟記發(fā)生共振的條件；3．能說出怎樣應(yīng)用共振和防止共振．重點(diǎn)：受迫振動(dòng)的快慢取決于驅(qū)動(dòng)力的頻率，與固有頻率無關(guān)．難點(diǎn):共振條件的理解．一、阻尼振動(dòng)振幅逐漸減小的振動(dòng)叫阻尼振動(dòng)，也叫減幅振動(dòng)；簡諧運(yùn)動(dòng)的振幅保持不變，叫等幅振動(dòng)．二、受迫振動(dòng)1．驅(qū)動(dòng)力作用于振動(dòng)系統(tǒng)的周期性的外力．2．受迫振動(dòng)振動(dòng)系統(tǒng)在驅(qū)動(dòng)力作用下的振動(dòng)．3．受迫振動(dòng)的頻率做受迫振動(dòng)的系統(tǒng)振動(dòng)穩(wěn)定后，其振動(dòng)頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率,與系統(tǒng)的固有頻率無關(guān)，即f迫＝f驅(qū)．三、共振1．條件驅(qū)動(dòng)力頻率等于系統(tǒng)的固有頻率．2．特征共振時(shí)受迫振動(dòng)的振幅最大．預(yù)習(xí)交流設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)如圖所示，一根張緊的水平繩上掛五個(gè)擺,其中A、E擺長相等,D擺擺長最長,B擺最短．開始時(shí)，各擺都靜止，讓A擺先擺動(dòng)起來，然后帶動(dòng)其他擺跟著擺起來．觀察和分析A、B、C、D、E這五個(gè)單擺擺動(dòng)周期的關(guān)系，觀察B、C、D、E四個(gè)擺在振動(dòng)過程中振幅的大小關(guān)系．答案:這五個(gè)單擺擺動(dòng)的周期相同，E擺振幅最大，D擺振幅最?。?yàn)锳擺振動(dòng)起來后，通過張緊的水平繩給其余四個(gè)擺施加驅(qū)動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)力的頻率等于A擺的固有頻率，其余四個(gè)擺在驅(qū)動(dòng)力的作用下做受迫振動(dòng),故它們振動(dòng)的頻率都等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，所以這五個(gè)單擺擺動(dòng)的周期相同；A、E擺長相等，它們的固有頻率相等．故E擺發(fā)生共振，所以E擺振幅最大,D擺擺長和A擺相差最多,兩者的固有頻率相差最多,故D擺的振幅最?。?、受迫振動(dòng)1．有的同學(xué)認(rèn)為“阻尼振動(dòng)就是受迫振動(dòng)，穩(wěn)定振動(dòng)就是自由振動(dòng)”，對不對?與同學(xué)討論后說出自己的看法．答案：阻尼振動(dòng)是在阻力作用下的振動(dòng)，受迫振動(dòng)是在周期性驅(qū)動(dòng)力作用下的振動(dòng),所以兩者不是一回事．自由振動(dòng)是振動(dòng)系統(tǒng)在固有周期下的振動(dòng)，是自由的,不受外力驅(qū)動(dòng)的；而穩(wěn)定振動(dòng)是指振動(dòng)特征相對穩(wěn)定的振動(dòng),比如受迫振動(dòng)在穩(wěn)定后,振動(dòng)的周期和頻率與驅(qū)動(dòng)力的周期和頻率相等．2．受迫振動(dòng)中，若周期性的驅(qū)動(dòng)力給系統(tǒng)補(bǔ)充的能量與系統(tǒng)因阻尼振動(dòng)消耗的能量相等，那么物體振動(dòng)的振幅是否變化?它能否看成簡諧運(yùn)動(dòng)?答案：物體振動(dòng)的振幅不變，即物體將做等幅振動(dòng)．振動(dòng)系統(tǒng)的總機(jī)械能不變，但不是簡諧運(yùn)動(dòng)，因?yàn)楹喼C運(yùn)動(dòng)所受阻力可以忽略，并且振動(dòng)的頻率等于固有頻率,屬于自由振動(dòng)．3．如圖所示，在曲軸上懸掛一個(gè)彈簧振子，如果轉(zhuǎn)動(dòng)把手，曲軸可以帶動(dòng)彈簧振子上下振動(dòng)，問：（1)開始時(shí)不轉(zhuǎn)動(dòng)把手,而用手往下拉振子,然后放手讓振子上下振動(dòng)，測得振子在10s內(nèi)完成20次全振動(dòng)，振子做什么運(yùn)動(dòng)？其固有周期和頻率各是多少？(2)在振子正常振動(dòng)過程中，以轉(zhuǎn)速4r/s勻速轉(zhuǎn)動(dòng)把手，振子的振動(dòng)穩(wěn)定后，振子做什么運(yùn)動(dòng)？振動(dòng)頻率為多少？（3）若要振子振動(dòng)的振幅最大，把手的轉(zhuǎn)速應(yīng)多大?答案：（1）振子做簡諧運(yùn)動(dòng),其固有周期T固＝eq\f（10,20）s＝0.5s,固有頻率f固＝eq\f(1，T固)＝eq\f(1，0.5)Hz＝2Hz．（2）受迫振動(dòng)．f＝4Hz．（3)轉(zhuǎn)速應(yīng)為2r/s．如圖所示,當(dāng)A振動(dòng)起來后，通過水平繩迫使B、C振動(dòng)，下列說法中正確的是()．A．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)周期相等點(diǎn)撥：做受迫振動(dòng)的物體，它的固有頻率與驅(qū)動(dòng)力的頻率越接近，其振幅就越大，當(dāng)二者相等時(shí)，振幅達(dá)到最大．答案：CD解析:A振動(dòng)后迫使水平繩振動(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)力的周期，即A自由振動(dòng)的周期，TB＝TC＝TA固＝2πeq\r(\f（l，g）),所以C發(fā)生共振，B不發(fā)生共振，C的振幅比B大．1．受迫振動(dòng)的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，與振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率無關(guān),即受迫振動(dòng)的快慢由驅(qū)動(dòng)力的頻率唯一決定，與其他因素?zé)o關(guān)．2．當(dāng)f驅(qū)＝f固時(shí)受迫振動(dòng)的振幅最大,發(fā)生共振，此時(shí)受迫振動(dòng)的振動(dòng)能量最大，即受迫振動(dòng)的能量由驅(qū)動(dòng)力的頻率和振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率共同決定．二、共振1．在如圖所示的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)先讓A擺振動(dòng)起來,它通過張緊的繩給其他各擺施加驅(qū)動(dòng)力．請你親自實(shí)踐并注意觀察各擺的振動(dòng)步調(diào)，說出它們的不同．答案：A做自由振動(dòng)，其他各擺做受迫振動(dòng)，由于是通過上面張緊的水平繩對其他擺施加驅(qū)動(dòng)力,所以A與其他各擺的振動(dòng)步調(diào)相反，而B、C、D三擺的振動(dòng)步調(diào)一致．2．用扁擔(dān)挑水時(shí),有時(shí)桶里的水會蕩得厲害,并從桶中濺出來，這是為什么？如何避免發(fā)生這一現(xiàn)象?要記得親自實(shí)踐一下喲！答案：挑水時(shí)，由于行走時(shí)肩膀的起伏，人通過扁擔(dān)對水桶施加作用力,使水因受到周期性的驅(qū)動(dòng)力而產(chǎn)生受迫振動(dòng)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力頻率接近或等于桶里水的固有頻率時(shí)，水桶里的水就發(fā)生共振，所以水的動(dòng)蕩越來越厲害，直到濺出來．為了避免發(fā)生這種現(xiàn)象,就要使驅(qū)動(dòng)力的頻率和水桶里的水的固有頻率相遠(yuǎn)離，解決的辦法有改變行走的快慢或停止走動(dòng)片刻，或在桶里放些漂浮物,增大阻尼,使振動(dòng)系統(tǒng)克服阻力做功,消耗些能量,可有效減小水的振動(dòng)幅度．鋪設(shè)鐵軌時(shí)，每兩根鋼軌接縫處都必須留有一定的間隙，勻速運(yùn)行的列車每經(jīng)過軌端接縫處時(shí)，車輪就會受到一次沖擊，由于每一根鋼軌長度相等,所以這個(gè)沖擊力是周期性的，列車受到周期性的沖擊做受迫振動(dòng)，普通鋼軌長為12.6m，列車固有振動(dòng)周期為0.315s．下列說法不正確的是（）．A．列車的危險(xiǎn)速率為40m/sB．列車過橋需要減速，是為了防止發(fā)生共振現(xiàn)象C．列車運(yùn)行的振動(dòng)頻率和列車的固有頻率總是相等的D．增加鋼軌的長度有利于列車高速運(yùn)行答案：C解析：對于受迫振動(dòng),當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率與固有頻率相等時(shí)將發(fā)生共振現(xiàn)象,所以列車的危險(xiǎn)速率v＝eq\f(L,T）＝40m/s，A正確；為了防止共振現(xiàn)象發(fā)生，B正確；由v＝eq\f(L,T)＝40m/s知L增大時(shí)，T不變，v變大，D正確．1．共振是一種特殊的受迫振動(dòng)．2．f驅(qū)與f固相差越大，振幅越??；相差越小，振幅越大；f驅(qū)＝f固時(shí)，振幅最大．3．需要利用共振時(shí)，應(yīng)使f驅(qū)和f固盡量接近,甚至相等；需要防止共振時(shí)，則應(yīng)使f驅(qū)和f固相差越多越好．1．下列振動(dòng)，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．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，小孩隨著吊床一起擺動(dòng)D．彈簧振子在豎直方向上沿上下方向振動(dòng)答案:B解析：A中用重錘敲擊一下懸吊著的鐘后，鐘自由振動(dòng);B中打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是在電磁鐵的周期性作用下振動(dòng),故是受迫振動(dòng)；C中吊床自由擺動(dòng)，小孩隨吊床做自由振動(dòng)；D中彈簧振子在豎直方向沿上下方向的振動(dòng)也是自由振動(dòng)，因此是受迫振動(dòng)的只有B．2．鐵路上每根鐵軌長12m，若支持車廂的彈簧固有周期是0.6s，列車以下列哪一速度行駛時(shí)，車廂振動(dòng)最厲害（）．A．20m/sB．5m/sC．6m/sD．12m/s答案:A解析：為了防止熱脹冷縮造成鐵軌變形，兩根相接的鐵軌之間有一縫隙，列車每經(jīng)過縫隙時(shí)就會振動(dòng)一次，因此使列車振動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力的周期為T＝eq\f(L,v),其中L為一根鐵軌的長度,v為列車行駛的速度．當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的周期T1與彈簧固有周期T2相等時(shí)，列車振動(dòng)最厲害,即eq\f（12m，v)＝0.6s，v＝20m/s．3．下列關(guān)于共振和防止共振的說法，正確的是(）．A．共振現(xiàn)象總是有害的，所以要力求防止共振現(xiàn)象發(fā)生B．隊(duì)伍過橋要慢行是為了不產(chǎn)生周期性的驅(qū)動(dòng)力,從而避免產(chǎn)生共振C．火車過橋慢行是為了使驅(qū)動(dòng)力的頻率遠(yuǎn)小于橋的固有頻率，從而避免產(chǎn)生共振D．利用共振時(shí)，應(yīng)使驅(qū)動(dòng)力的頻率接近或等于振動(dòng)物體的固有頻率;防止共振危害時(shí),應(yīng)使驅(qū)動(dòng)力的頻率遠(yuǎn)離振動(dòng)物體的固有頻率答案:CD解析：共振可以為人們的生活服務(wù)，因此選項(xiàng)A是錯(cuò)誤的；部隊(duì)過橋時(shí)，為避免士兵腳的周期性作用引起橋的共振應(yīng)采用便步走，而不能齊步走，故B選項(xiàng)不正確;火車過橋時(shí)，由于鋼軌接頭的影響,會產(chǎn)生周期性作用，通過降低火車速度可以使驅(qū)動(dòng)力的頻率盡量遠(yuǎn)離橋的固有頻率，從而避免共振，因此選項(xiàng)C、D正確．4．給出下列四種振動(dòng)：A．阻尼振動(dòng)；B．無阻尼振動(dòng)；C．受迫振動(dòng);D．共振蕩秋千時(shí),秋千的振動(dòng)屬于______;受迫振動(dòng)中，驅(qū)動(dòng)力的頻率等于固有頻率的現(xiàn)象稱為________；音叉在短時(shí)間內(nèi)振動(dòng)應(yīng)看做是______；忽略阻力時(shí),浮在水面上的木頭上下振動(dòng)屬于________．(填序號)答案：ADBC解析：秋千由于空氣的阻力會慢慢地停下來，屬于阻尼振動(dòng)；在受迫振動(dòng)中，驅(qū)動(dòng)力的頻率等于固有頻率的現(xiàn)象叫共振；音叉的振動(dòng)因受到的阻力較??；可忽略，其振動(dòng)可認(rèn)為是無阻尼振動(dòng);水面上木頭是在水的帶動(dòng)下振動(dòng)的,屬于受迫振動(dòng)．5．如果把人當(dāng)作一個(gè)整體來看，在水平方向的固有頻率約為3～6Hz,豎直方向的固有頻率約為4～8Hz，拖拉機(jī)駕駛員和風(fēng)鎬、風(fēng)鏟、鉚釘機(jī)等操作工在工作時(shí)將做______振動(dòng)．為保障操作工的安全與健康,有關(guān)部門作出規(guī)定:用手