天津耀華濱海學(xué)校高三物理學(xué)案：11.5《外力作用下的振動》新人教版

1、用心愛心 專心天津耀華濱海學(xué)校物理學(xué)案第五節(jié)外力作用下的振動新知預(yù)習(xí)1阻尼振動（1） 阻尼振動是指振幅逐漸 _的振動，它是從_ 是否變化的角度來區(qū)分（2） 等幅振動 _不受阻力作用2. 受迫振動物體在_ 性變化的 _ 作用下的振動叫受迫振動， 受迫振動穩(wěn)定時，系統(tǒng)振動的頻率等于 _ 的頻率，與系統(tǒng)的 _無關(guān)3. 共振（1） 共振的條件是 _，產(chǎn)生共振時，物體的振幅 _.（2） 在需要利用共振時，應(yīng)使驅(qū)動力的頻率接近或等于振動系統(tǒng)的 _頻率；而在需要防止共振時，應(yīng)使驅(qū)動力的頻率與振動系統(tǒng)的 _頻率不同，而且 _越好典題熱題知識點一阻尼振動例 1 若空氣阻力不可忽略，單擺在小于10勺偏角的擺動中，

2、總是減小的物理量為（）A 振幅B 位移C 周期D 機械能解析：有空氣阻力時，振動為阻尼振動，振幅不斷減小，機械能也不斷減小.在平衡位置，位移為零；而后位移增大，直至動能為零時位移達到最大；然后位移又減小到零，所以位移不是一直減小根據(jù)單擺周期公式 T=2n1, l 不變，則 T 不變，故選項 A、D 正確Y g答案：AD方法歸納 振幅的大小表征一個振動系統(tǒng)總機械能的大小，若振動過程有介質(zhì)阻力做功時， 機械能減小轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故振幅減小.阻尼振動過程中動能或勢能在一段時間內(nèi)可以是增大 的例 2 一單擺在空氣中振動，振幅逐漸減小，下列說法正確的是（）A 動能逐漸轉(zhuǎn)化為其他形式的能B.后一時刻的動能一定

3、小于前一時刻的動能C 后一時刻的勢能一定小于前一時刻的勢能D.后一時刻的機械能一定小于前一時刻的機械能解析：單擺振動過程中，因不斷克服空氣阻力做功使動能逐漸轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，機械能減小，所以選項 A、D 正確雖然單擺總的機械能在逐漸減小，但在振動過程中動能和勢能仍不斷 地相互轉(zhuǎn)化，動能轉(zhuǎn)化為勢能時，動能逐漸減小，勢能逐漸增大；而勢能轉(zhuǎn)化為動能時， 勢能逐漸減小，動能逐漸增大，所以不能斷言后一時刻的動能或勢能一定減小，所以選項B、C 錯誤答案：AD知識點二受迫振動、共振例 3 在火車的車廂里用細線吊著一個小球，由于在鐵軌接合處火車通過受到震動使球擺動，如果每根鐵軌長 12 5 m,細線長 04 m,則

4、當火車速度達 _ m/s 時，球擺動的振幅最大.用心愛心 專心解析：火車每通過鐵軌接合處時，給擺球施加一次周期性的驅(qū)動力，當這一驅(qū)動力的周期T驅(qū)=L跟擺球的固有周期 T固=2n1相等時，擺球的振幅達最大，即L=2n1，解得vV gvYgL g 12.59.8v=x,=- - m/s 10 m/s.2二 12 3.14 , 0.4答案：10方法歸納 火車運行時，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，對 小球相當于一個驅(qū)動力.通過審題挖掘出火車車輪與兩根鐵軌連接處撞擊的頻率與單擺的 固有頻率相等這個關(guān)鍵條件，是解決本題的關(guān)鍵例 4 如圖 11-5-3 所示是探究單擺共振條件時得到的

5、圖象，它表示振幅跟驅(qū)動力頻率之間的關(guān)系，請完成：圖 11-5-3(1) 這個單擺的擺長是多少？(2) 如果擺長變長一些，畫出來的圖象的高峰將向哪個方向移動? 解析：(1)從共振曲線知，單擺的固有周期T=1/f固=1/0.3 s=10/3 s，因為 T=2102_29.8 ()2=34-243.142(2)若擺長變長一些，則由周期公式T=2nl可知，單擺周期增大，則固有頻率變小，因此圖象的高峰將向原點方向移動.答案：(1) 2.78 m ( 2)向原點方向移動例 5 如果把人當作一個整體來看，在水平方向的固有頻率約為3 Hz 6Hz，豎直方向的固有頻率約為 4 Hz8 Hz,拖拉機駕駛員和風鎬、

6、風鏟、鉚釘機等操作工在工作時將做振動，這些操作工的振動頻率跟振動源的頻率.為保 障操作工的安全與健康，有關(guān)部門作出規(guī)定：用手操作的各類機械的頻率必須大于20 Hz,這是為了防止發(fā)生_ 造成對人體健康的危害.解析：拖拉機、風鎬等在工作時，由于內(nèi)燃機或電動機等動力設(shè)備運轉(zhuǎn)的不平衡性，往往 產(chǎn)生較劇烈的振動，與其靠近或密切接觸的人一定要做受迫振動，如果設(shè)備的振動頻率接 近人體的振動頻率，則人體的各部分將做較劇烈的振動，造成對人體的損傷.因此，對于用1gT1=m 2.78 m所以用心愛心 專心手操作的機械振動頻率必須要大于20 Hz，以保障人體健康.答案：受迫接近共振用心愛心 專心巧解提示從題目中抽象

7、出人體各部分也要做受迫振動這一物理模型是解決本題的關(guān)鍵自主廣場我夯基我達標1鐵路上每根鐵軌長12 m，若支持車廂的彈簧固有周期是0.6 s,列車以下列哪一速度行駛時，車廂振動得最厲害（）A.20 m/sB.5 m/sC.6 m/sD.12 m/s思路解析：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)過縫隙時就會振動一次，因此使列車振動的驅(qū)動力的周期為T=，其中 L 為一根鐵軌長，vV12為列車行駛的速度.當與彈簧固有周期 T2相等時，列車振動最厲害，即二=0.6 ,v=20 m/s.V答案：A2.如圖 11-5-4 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

8、線與橫軸平行下列說法正確的是（）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 時刻的機械能思路解析：由于振動物體的勢能僅由它的位移決定，由題意可知A、B 時刻所表示物體的位移相等，所以兩時刻的勢能相等.因為物體做的是阻尼振動，機械能越來越小，動能也就越來越小.答案：BD3.如圖 11-5-5 所示， 在一根彈性木條上掛幾個擺長不等的單擺，其中A、E 的擺長相等，A擺球的質(zhì)量遠大于其他各擺 .當 A 擺振動起來后，帶動其余各擺也隨之振動，達到穩(wěn)定后，用心愛心 專心C.B、C、

9、D、E 四擺中，E 擺的振幅最大D.C 擺振動的周期最大思路解析：做受迫振動的物體， 它的固有頻率與驅(qū)動力頻率相同時，振幅最大，題圖中 A、E 的擺長相等，即頻率、周期相同，所以E 的振幅最大.振動穩(wěn)定時，系統(tǒng)振動頻率等于驅(qū)動力的頻率，與固有頻率無關(guān)，即各擺振動的周期相等以下關(guān)于各擺振動的說法正確的是（A.各擺振動的周期都相等用心愛心 專心答案：AC4. A、B 兩個彈簧振子，A 的固有頻率為 f, B 的固有頻率為 4f.若它們均在頻率為 3f 的驅(qū)動力作用下做受迫振動，則（）A.A 的振幅較大，振動頻率為fB.B 的振幅較大，振動頻率為3fC.A 的振幅較大，振動頻率為3fD.B 的振幅較

10、大，振動頻率為4f思路解析：由于 B 的固有頻率 4f 與驅(qū)動力頻率接近，發(fā)生受迫振動時的振幅較大，而且 振動頻率與驅(qū)動力頻率相同且為3f.答案：B5. 自由擺動的秋千，擺動的振幅越來越小，下列說法正確的是（）A.機械能守恒B.能量正在消失C.總能量守恒，機械能減小D.只有動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化思路解析：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：C6.圖 11-5-6 中，兩小球質(zhì)量分別為M 擺動，則以下說法正確的是

11、（圖 11-5-6A.m 的擺動周期幾乎與 M 的周期相等B.m 的振幅隨 h 長短的改變而改變C1=l2時，m 有最大振幅D1=|2時，m 的振幅有可能大于 M 的振幅思路解析：M 擺動過程中，通過水平繩給m 加周期性的驅(qū)動力，使M 做受迫振動，所以m 的擺動周期與驅(qū)動力周期相等，當h=l2時，m 的固有周期與驅(qū)動力周期相等，m 產(chǎn)生共振，故 A、B、C、D 四個選項都是對的.答案：ABCD我綜合我發(fā)展7.如圖 11-5-7 所示，沿波的傳播方向上有間距都為1 m 的六個質(zhì)點 a、b、c、d、e、f,均靜止在各自的平衡位置.一列橫波以 1 m/s 的速度水平向右傳播，t=0 時到達質(zhì)點 a，

12、質(zhì)點 a 開始由平衡位置向上運動.t=1 s 時，質(zhì)點 a 第一次到達最高點，則在 4 stm），懸掛在同一根水平拉緊的繩上，先使用心愛心 專心思路解析：t=0 時波剛傳到 a 點，從 a 點到 c 點波需要的傳播時間為 2 s，t=4 s 時 c 點已振 動 2 s，經(jīng)過平衡位置向下振動，加速度逐漸增大，故A 正確.從 4s 到 5s 期間，a 點已振動一個周期且從平衡位置向上振動，速度逐漸減小，故B 錯誤4 s 時質(zhì)點 d 已振動 1 s，從最高點向下運動，故C 正確.用心愛心 專心4s 到 5s 期間波還未傳播到 f 點，f 點靜止，故 D 正確答案：ACD8.（2006 廣東高考）鋪設(shè)

13、鐵軌時， 每兩根鋼軌接縫處都必須留有一定的間隙，勻速運行的列 車經(jīng)過軌端接縫處時，車輪就會受到一次沖擊由于每一根鋼軌長度相等，所以這個沖擊力 是周期性的，列車受到周期性的沖擊做受迫振動 普通鋼軌長為12.6 m，列車固有振動周期為 0.315 s.下列說法正確的是（）A. 列車的危險速率為 40 m/sB. 列車過橋需要減速，是為了防止列車發(fā)生共振現(xiàn)象C. 列車運行的振動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行1思路解析：共振的條件是驅(qū)動力的頻率等于系統(tǒng)的固有頻率，由T=-可求出危險車速為V40 m/s,故選項 A 正確列車過橋需要減速，是為了防止橋與火車發(fā)生共振現(xiàn)

14、象，故選項B錯誤.答案：AD9如圖 11-5-8 所示為一單擺的共振曲線，該單擺的擺長約為多少？共振時單擺的振幅多代入數(shù)據(jù)解得 1=1 m.從共振曲線可知：單擺發(fā)生共振時，振幅Am=8 cm,設(shè)單擺的最大偏角為0,擺球所能達到的最大高度為 h,由機械能守恒定律得6_ 2 又 h=l(1- cos0,)當0很小時 1-cos0=2S“2mgs in0=ma am=gsin0=g ，A 代入數(shù)據(jù)得 答案：1=1 m Am=8 cm vm=0.25 m/s am=0.8 m/s210.汽車的重力一般支撐在固定于軸承上的若干彈簧上，彈簧的等效勁度系數(shù)N/m.汽車開始運動時，在振幅較小的情況下，其上下自

15、由振動的頻率滿足思路解析：從共振曲線可知,單擺的固有頻率4二2f12mvm=mgh解得 Vml=0.25 m/s.擺球在最高點時加速度最大,A22I25k=1.5 氷 0am=0.8 m/s2.f=0.5 Hz，因為 f=2 I，所以 l=f (l用心愛心 專心為彈簧的壓縮長度）.若人體可以看成一個彈性體，其固有頻率約為 2 Hz,已知汽車的質(zhì)量 為 600 kg ,每個人的質(zhì)量為 70 kg，則這輛車乘坐幾個人時，人感覺到最難受？思路解析：人體的固有頻率 f固=2 Hz,當汽車的振動頻率與其相等時，人體與之發(fā)生共振，用心愛心 專心22，以 f固=2 Hz，g=9.8 m/s2代入求得:4二f

16、固克定律 kl=(m1+ nm2)g, n=(kl-m1g)/m2g=(1.5 K)50.062 5-600 9；8)/(709.8)=5 (人).答案：5 人11.(2006 全國高考理綜I)一砝碼和一輕彈簧構(gòu)成彈簧振子，如圖 11-5-9 所示的裝置可用于研究該彈簧振子的受迫振動.勻速轉(zhuǎn)動把手時，曲桿給彈簧振子以驅(qū)動力，使振子做受迫振 動.把手勻速轉(zhuǎn)動的周期就是驅(qū)動力的周期，改變把手勻速轉(zhuǎn)動的速度就可以改變驅(qū)動力的周期.若保持把手不動，給砝碼一向下的初速度，砝碼便做簡諧運動，振動圖線如圖 11-5-10所示.當把手以某一速度勻速轉(zhuǎn)動，受迫振動達到穩(wěn)定時，砝碼的振動圖線如圖11-5-11 所示.若用 T。表示彈簧振子的固有周期，T 表示驅(qū)動力的周期，Y 表示受迫振動達到穩(wěn)定后砝碼振動的振幅，則圖 11-5-9圖 11-5-11A.由圖線可知 To=4 sB.由圖線可知 To=8 sC. 當 T 在 4 s 附近時，Y 顯著增大；當 T 比 4 s 小得多或大得多時，Y 很小D. 當 T 在 8 s 附近時，Y 顯著增大；當 T 比