新課改高中物理選修一同步專題講義：11 C受迫振動 共振 提升版（學(xué)生版）

受迫振動共振知識點(diǎn)：受迫振動共振一、固有振動、阻尼振動1．固有振動和固有頻率(1)固有振動：振動系統(tǒng)在不受外力作用下的振動．(2)固有頻率：固有振動的頻率．2．阻尼振動(1)阻尼：當(dāng)振動系統(tǒng)受到阻力的作用時，振動受到了阻尼．(2)阻尼振動：振幅逐漸減小的振動，如圖所示．(3)振動系統(tǒng)能量衰減的兩種方式①振動系統(tǒng)受到摩擦阻力作用，機(jī)械能逐漸轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．②振動系統(tǒng)引起鄰近介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的振動，能量向外輻射出去．二、受迫振動1．驅(qū)動力作用于振動系統(tǒng)的周期性的外力．2．受迫振動(1)定義：系統(tǒng)在驅(qū)動力作用下的振動．(2)受迫振動的頻率(周期)物體做受迫振動達(dá)到穩(wěn)定后，其振動頻率總等于驅(qū)動力的頻率，與系統(tǒng)的固有頻率無關(guān)．三、共振1．定義驅(qū)動力的頻率f等于系統(tǒng)的固有頻率f0時，受迫振動的振幅最大，這種現(xiàn)象叫做共振．2．共振曲線(如圖所示)技巧點(diǎn)撥一、簡諧運(yùn)動、阻尼振動和受迫振動1．對三種振動的理解(1)簡諧運(yùn)動：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，是更實(shí)際的一種運(yùn)動．(3)受迫振動：物體做阻尼振動時在驅(qū)動力作用下的振動．2．三種振動的比較振動類型比較項(xiàng)目簡諧運(yùn)動阻尼振動受迫振動產(chǎn)生條件不受阻力作用受阻力作用受阻力和驅(qū)動力作用頻率有固有頻率頻率不變由驅(qū)動力的頻率決定振動圖像形狀不確定常見例子彈簧振子或單擺敲鑼打鼓時發(fā)出的聲音越來越弱機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時底座發(fā)生的振動二、共振1．共振的條件：驅(qū)動力的頻率與系統(tǒng)的固有頻率相等，即f驅(qū)＝f固．2．共振曲線如圖所示，共振曲線的橫坐標(biāo)為驅(qū)動力的頻率，縱坐標(biāo)為受迫振動的振幅．(1)從受力角度看：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，直到振幅達(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．振動能量最大，振幅最大．(3)認(rèn)識曲線的形狀：f＝f0時發(fā)生共振；f＞f0或f＜f0時振幅較?。甪與f0相差越大，振幅越?。?．共振的利用與防止(1)利用：要利用共振，就應(yīng)盡量使驅(qū)動力的頻率與物體的固有頻率一致．如共振篩、共振轉(zhuǎn)速計等．(2)防止：在需要防止共振危害時，要盡量使驅(qū)動力的頻率和固有頻率不相等，而且相差越多越好．如：部隊過橋應(yīng)便步走．說明：共振是物體做受迫振動時的一種特殊現(xiàn)象．例題精練1．（倉山區(qū)校級期中）設(shè)人自然步行時的跨步頻率與手臂自然擺動的頻率一致（人手臂自然擺動的頻率與臂長的關(guān)系，類似于單擺固有頻率與擺長的關(guān)系），且人的步幅與身高成正比，由此估測人的步行速度v與身高L的關(guān)系為（）A．v∝L B．v∝1L C．v∝L D．v∝L隨堂練習(xí)1．（臺州二模）科技館內(nèi)有共振秋千：觀眾坐上秋千，雙腳離地，前后擺動，會發(fā)現(xiàn)對面的球擺也在跟著大幅度擺動。關(guān)于這個現(xiàn)象，以下說法不正確的是（）A．如果改變對面球的質(zhì)量，會使球擺動幅度變小 B．秋千系統(tǒng)的重心高度與對面球擺的重心高度大致相同 C．如果對秋千施加一個周期性的驅(qū)動力，擺球的振動周期與該驅(qū)動力周期相同 D．若把共振秋千移到太空艙中則無法實(shí)現(xiàn)共振現(xiàn)象2．（豐臺區(qū)二模）如圖所示，在一根張緊的水平繩上掛a、b、c、d四個擺，其中擺長關(guān)系為lc＜la＝ld＜lb，讓d先擺動起來后，其它各擺隨后也跟著擺動起來。下列說法正確的是（）A．穩(wěn)定后四個擺的周期大小Tc＜Ta＝Td＜Tb B．穩(wěn)定后四個擺的振幅一樣大 C．穩(wěn)定后a擺的振幅最大 D．d擺擺動過程中振幅保持不變綜合練習(xí)一．選擇題（共9小題）1．（江蘇模擬）如圖所示，一個豎直圓盤轉(zhuǎn)動時，固定在圓盤上的小圓柱帶動一個T形支架在豎直方向振動，T形支架下面系著一個彈簧和小球組成的振動系統(tǒng)，小球浸沒在水中。當(dāng)圓盤靜止時，讓小球在水中振動，其阻尼振動的頻率為4Hz?，F(xiàn)使圓盤以120r/min的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動，經(jīng)過一段時間后，小球振動達(dá)到穩(wěn)定，它振動的頻率為（）A．0.5Hz B．2Hz C．4Hz D．120Hz2．（徐州月考）關(guān)于受迫振動和共振，下列說法正確的是（）A．火車過橋要減速慢行，是為了防止火車因共振而傾覆 B．受迫振動的頻率與振動系統(tǒng)的固有頻率有關(guān) C．在連續(xù)均勻的海浪沖擊下，停在海面的小船上下振動，是共振現(xiàn)象 D．挑水時為了防止水從水桶中蕩出，可以加快或減慢走路的步頻3．（嘉興期末）如圖所示是一個單擺做受迫振動時的共振曲線，表示振幅A與驅(qū)動力頻率f的關(guān)系，由該圖線可知（）A．該單擺的擺長約為10cm B．該單擺的擺長約為1m C．若增大擺長，共振曲線的“峰”將向右移動 D．若增大擺長，共振曲線的“峰”將向上移動4．（德州期末）如圖所示，在一條張緊的繩子上懸掛A、B、C個單擺，擺長分別為L1、L2、L3，且L1＜L2＜L3，現(xiàn)將A拉起一較小角度后釋放，已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，對釋放A之后較短時間內(nèi)的運(yùn)動，以下說法正確的是（）A．C的振幅比B的大 B．B和C的振幅相等 C．B的周期為2π D．C的周期為2π5．（遼陽期末）下列說法正確的是（）A．彈簧振子經(jīng)過平衡位置時的速度最大 B．彈簧振子的振動周期只與彈簧的勁度系數(shù)有關(guān)，與振子的質(zhì)量無關(guān) C．受迫振動的振幅由驅(qū)動力的大小決定，與系統(tǒng)的固有頻率無關(guān) D．驅(qū)動力頻率與固有頻率相差越大，物體越容易產(chǎn)生共振6．（諸暨市校級期中）A、B兩個單擺，A擺的固有頻率為4f，B擺的固有頻率為f，若讓它們在頻率為5f的驅(qū)動力作用下做受迫振動，則兩單擺比較（）A．A擺振幅較大，振動頻率為f B．B擺振幅較大，振動頻率為4f C．A擺振幅較大，振動頻率為5f D．B擺振幅較大，振動頻率為5f7．（扶余市校級月考）兩個彈簧振子甲的固有頻率為f，乙的固有頻率為9f，若它們均在頻率為8f，的策動力作用下受迫振動，則（）A．振子甲的振幅較大。振動頻率為f B．振子乙的振幅較大，振動頻率為9f C．振子甲的振幅較大。振動頻率為9f D．振子乙的振幅較大，振動頻率為8f8．（吉安縣期中）如圖所示，曲軸上掛一個彈簧振，轉(zhuǎn)動搖把，曲軸可帶動簧振子上下振動。開始時不轉(zhuǎn)動搖把，讓振子自由振動，測得其頻率為2Hz．現(xiàn)勻速轉(zhuǎn)動搖把，轉(zhuǎn)速為240r/min。則（）A．當(dāng)振子穩(wěn)定振動時，它的振動周期是0.5s B．當(dāng)振子穩(wěn)定振動時，它的振動頻率是4Hz C．當(dāng)轉(zhuǎn)速增大時，彈簧振子的振幅增大 D．當(dāng)轉(zhuǎn)速減小時，彈簧振子的振幅減小9．（洛陽二模）在飛機(jī)的發(fā)展史中有一個階段，飛機(jī)上天后不久，飛機(jī)的機(jī)翼（翅膀）很快就抖動起來，而且越抖越厲害．后來經(jīng)過人們的探索，利用在飛機(jī)機(jī)翼前緣處裝置一個配重桿的方法，解決了這一問題．在飛機(jī)機(jī)翼前裝置配重桿的目的主要是（）A．加大飛機(jī)的慣性 B．使機(jī)體更加平衡 C．使機(jī)翼更加牢固 D．改變機(jī)翼的固有頻率二．多選題（共20小題）10．（義烏市模擬）2021年04月18日22時11分在臺灣花蓮縣（北緯23.92度，東經(jīng)121.53度）發(fā)生6.1級地震，震源深度7千米，繡湖小區(qū)幾幢高樓里的居民反映“震感明顯”，而義烏中學(xué)的高三學(xué)生卻普遍反映“沒有感覺”。針對這一事件，下列同學(xué)的認(rèn)識中科學(xué)合理的是（）A．地震波到達(dá)義烏時，我市地面建筑發(fā)生了受迫振動 B．繡湖小區(qū)那幾幢高樓的固有頻率與當(dāng)時地震波的頻率更加接近 C．地震波在義烏發(fā)了疊加，繡湖小區(qū)處在振動加強(qiáng)帶上，義烏中學(xué)恰好處在振動減弱帶上 D．應(yīng)對繡湖小區(qū)那幾幢高樓采取物理措施改變它們的固有頻率以防止地震危害。11．（欽南區(qū)校級月考）一個單擺在地面上做受迫振動，其共振曲線（振幅A與驅(qū)動力頻率f的關(guān)系）如圖所示，以下說法正確的是（）A．此單擺的固有周期約為2s B．此單擺的擺長約為1m C．若擺長增大，單擺的固有頻率增大 D．若擺長增大，共振曲線的峰將向右移動 E．此單擺共振時的振幅是8cm12．（路南區(qū)校級期中）下列說法中正確的是（）A．在受迫振動中，物體振動的頻率不一定等于驅(qū)動力的頻率 B．做簡諧運(yùn)動的質(zhì)點(diǎn)，經(jīng)過四分之一周期，所通過的路程不一定等于振幅 C．麥克斯韋提出光是一種電磁波并通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在 D．雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，若只減小雙縫到光屏間的距離，兩相鄰亮條紋間距將變小13．（湖北二模）下列說法正確的是（）A．火車過橋要慢行是要避免發(fā)生共振損壞橋梁 B．不是所有的波都具有干涉、衍射現(xiàn)象 C．所有的波都具有多普勒效應(yīng) D．聲波振動的方向與聲音傳播的方向一致 E．所有波能發(fā)生偏振現(xiàn)象14．（常州期末）關(guān)于某物體受迫振動的共振曲線，下列判斷正確的是（）A．物體的固有頻率等于f0 B．物體作受迫振動時的頻率等于f0 C．物體作受迫振動時振幅相同則頻率必相同 D．為避免共振發(fā)生應(yīng)該讓驅(qū)動力的頻率遠(yuǎn)離f015．（金華期末）下列說法正確的是（）A．軍隊過橋時整齊的步伐會造成橋梁斷裂，是因?yàn)楫a(chǎn)生了一個巨大的作用力 B．交通警察向行進(jìn)的車輛發(fā)射超聲波，通過測量反射波的頻率變化確定車輛的速度，這是應(yīng)用了波的多普勒效應(yīng) C．“聞其聲而不見其人”是生活中司空見慣的現(xiàn)象，其原理是聲波的干涉 D．介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)同時參與幾列波的振動，質(zhì)點(diǎn)的振動位移等于這幾列波單獨(dú)傳播時引起的位移的矢量和16．（館陶縣校級月考）如圖所示，有質(zhì)量相同的四個擺球懸于同一根橫線上，四個擺的擺長分別為L1＝2m、L2＝1.5m、L3＝1m、L4＝0.5m，現(xiàn)用一周期為2s的驅(qū)動力以垂直于擺線的方向作用在橫線上，使這四個擺受迫振動，穩(wěn)定時（）A．四個擺的周期相同 B．?dāng)[1的振幅最大 C．四個擺的周期不同，但振幅相等 D．?dāng)[3的振幅最大17．（洛川縣校級月考）如圖所示，A球振動后，通過水平細(xì)繩迫使B球、C球振動，則下列說法正確的是（）A．只有A球和C球的振動周期相同 B．A球的振幅比B球的振幅小 C．C球的振幅比B球的振幅大 D．A球、B球、C球振動周期相同18．（江蘇一模）下列說法中正確的是（）A．受迫振動的頻率與振動系統(tǒng)的固有頻率有關(guān) B．波是傳遞能量的一種方式 C．牛頓環(huán)是由光的衍射產(chǎn)生的 D．電子液晶顯示是光的偏振現(xiàn)象的應(yīng)用19．（煙臺期中）如圖所示為某物體系統(tǒng)做受迫振動的振幅A隨驅(qū)動力頻率f的變化關(guān)系圖，則下列說法正確的是（）A．物體系統(tǒng)的固有頻率為f0 B．當(dāng)驅(qū)動力頻率為f0時，物體系統(tǒng)會發(fā)生共振現(xiàn)象 C．物體系統(tǒng)振動的頻率由驅(qū)動力頻率和物體系統(tǒng)的固有頻率共同決定 D．驅(qū)動力頻率越大，物體系統(tǒng)的振幅越大20．（湯原縣校級月考）下列說法正確的是（）A．簡諧振動物體在平衡位置回復(fù)力為零加速度也一定為零 B．鳴笛汽車駛近路人的過程中，路人聽到的聲波頻率與波源相比減小 C．在受迫振動中，驅(qū)動力的頻率不一定等于物體的固有頻率 D．只有障礙物的尺寸比波長小或與波長相差不多的時候才會發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象 E．在山腳下走時準(zhǔn)確的擺鐘移到高山上走時將變快21．（齊河縣校級期中）下列說法正確的是（）A．簡諧振動的回復(fù)力與位移大小的平方成正比，且與位移的方向相反 B．如果測出單擺的擺長l、周期T，做出l﹣T2的圖象，圖象的斜率就等于重力加速度 C．挑水時為了防止水從桶中蕩出，可以加快或減慢走路的步頻 D．系統(tǒng)做穩(wěn)定的受迫振動時，系統(tǒng)振動的頻率等于周期性驅(qū)動力的頻率22．（新疆模擬）下列說法正確的是（）A．某物體做受迫振動，其振動頻率與物體的固體頻率相同 B．一列簡諧橫波沿x軸負(fù)方向傳播，t＝0時刻的波形滿足y＝0.1sin（4πx）m，此時x＝0.6m處的質(zhì)點(diǎn)正在沿y軸正方向運(yùn)動 C．對著日光燈管從兩支緊靠的鉛筆夾成的狹縫間看到的彩色條紋，是由于光發(fā)生衍射的緣故 D．電磁波和機(jī)械波一樣，波速都由介質(zhì)唯一決定 E．光導(dǎo)纖維利用了光的全反射，光纖內(nèi)芯的折射率大于外套的折射率23．（南昌模擬）下列說法正確的是（）A．在干涉現(xiàn)象中，振動加強(qiáng)點(diǎn)的位移總比減弱點(diǎn)的位移要大 B．單擺在周期性外力作用下做受迫振動，其振動周期與單擺的擺長無關(guān) C．火車鳴笛向我們駛來，我們聽到的笛聲頻率比聲源發(fā)聲的頻率高 D．當(dāng)水波通過障礙物時，若障礙的尺寸與波長差不多，或比波長大的多時，將發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象 E．用兩束單色光A、B，分別在同一套裝置上做干涉實(shí)驗(yàn)，若A光的條紋間距比B光的大，則說明A光波長大于B光波長24．（洛南縣期中）如圖所示，在一根張緊的繩上掛著4個擺球a、b、c、d，它們的擺長關(guān)系是La＝Lc＝L，Lb＝1.5L，Ld＝0.5L．當(dāng)a擺擺動時，其余各擺也隨之振動起來，則（）A．b擺的振幅最大 B．c擺的振幅最大 C．b擺的振動周期為2π D．b擺的振動周期最大，d擺的振動周期最小25．（懷仁縣校級期中）研究單擺受迫振動規(guī)律時得到如圖所示的圖象，則下列說法正確的是（）A．其縱坐標(biāo)為位移 B．單擺的固有周期為2s C．圖象的峰值表示共振時的振幅 D．單擺的擺長為2m26．（南陽期末）關(guān)于振動和波的認(rèn)識，下列說法正確的是（）A．單擺做簡諧運(yùn)動的回復(fù)力是重力和擺線拉力的合力 B．部隊過橋不能齊步走而要便步走，是為了避免橋梁發(fā)生共振現(xiàn)象 C．聲源與觀察者相互靠近時，觀察者所接收的聲波頻率大于聲源振動的頻率 D．若能夠觀察到某波能發(fā)生偏振現(xiàn)象，則說明該波是橫波27．（射洪縣校級期中）如圖所示演示裝置，一根張緊的水平繩上掛著5個單擺，其中A、D擺長相同，先使A擺擺動，其余各擺也擺動起來，穩(wěn)定后可以發(fā)現(xiàn)（）A．各擺的周期相同 B．B擺振動的周期最短 C．C擺振動