2023-2024（上） 全品學練考 高中物理 選擇性必修第一冊第2章 機械振動受迫振動　共振導學案含答案

2023-2024（上）全品學練考高中物理選擇性必修第一冊第2章機械振動6受迫振動共振學習任務一對阻尼振動的理解[教材鏈接]閱讀教材,填寫固有振動和振動中的動能損失的相關(guān)知識.(1)彈簧振子與單擺在沒有外力干預的情況下做簡諧運動,周期或頻率與振幅無關(guān),僅由系統(tǒng)自身的性質(zhì)決定,我們把這種振動稱為,其振動頻率稱為.

(2)生活中,搖曳的樹葉會停下來,擺動的秋千也會停止運動.由于實際的振動系統(tǒng)都會受到摩擦力、黏滯力等阻礙作用,必然逐漸減小.這種隨時間逐漸減小的振動稱為阻尼振動,其振動圖像如圖所示.

例1(多選)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.機械能不守恒,周期不變D.通過某一位置時的機械能始終不變變式1(多選)[2022·北京四中月考]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.擺球在C時刻的動能等于在B時刻的動能B.擺球在C時刻的勢能等于在B時刻的勢能C.擺球在C時刻的機械能等于在B時刻的機械能D.擺球在C時刻的機械能大于在B時刻的機械能[反思感悟]

【要點總結(jié)】1.對于一個確定的振動系統(tǒng)來說,固有周期和固有頻率是確定的,與振動的振幅無關(guān).2.振動系統(tǒng)的阻尼越大,振幅減小得越快;阻尼過大時,系統(tǒng)不能發(fā)生振動.3.振動系統(tǒng)做阻尼振動時,振幅雖不斷減小,但振動的頻率仍由系統(tǒng)自身結(jié)構(gòu)特點決定,并不隨振幅的減小而變化.學習任務二對受迫振動的理解[教材鏈接]閱讀教材,填寫受迫振動的相關(guān)知識.作用于振動系統(tǒng),,補償系統(tǒng)的能量損耗,使系統(tǒng)的振動維持下去.這種叫作,系統(tǒng)在作用下的振動叫作受迫振動.

物體做受迫振動達到穩(wěn)定后,物體振動的頻率等于的頻率,與物體的固有頻率.

例2下列各種振動中,不是受迫振動的是 ()A.敲擊后的鑼面的振動B.縫紉機針的振動C.人挑擔子時,擔子上下振動D.蜻蜓、蝴蝶翅膀的振動[反思感悟]

【要點總結(jié)】1.跟回復力一樣,驅(qū)動力也是按效果命名的力.2.受迫振動的頻率等于驅(qū)動力的頻率,與振動系統(tǒng)的固有頻率無關(guān).學習任務三對共振現(xiàn)象的理解[教材鏈接]閱讀教材,填寫共振的相關(guān)知識.(1)受迫振動的振幅:當物體做受迫振動時,驅(qū)動力的頻率越接近物體的,振動的振幅越大.

(2)共振:驅(qū)動力的頻率等于物體的時,受迫振動的振幅,這種現(xiàn)象叫作共振.

(3)共振曲線:如圖所示.例3(多選)如圖所示為一個自制的振動系統(tǒng).在泡沫底座上插上兩根彈性很好的細竹片,將塑料夾夾在竹片上端做成A、B兩個“單擺”.A、B除塑料夾的高度不同外,其他條件完全相同.當?shù)鬃啬骋环较蜃鲋芷谛哉駝訒r,A、B也跟著振動起來.下列說法正確的是 ()A.A的固有頻率比B的大B.當?shù)鬃鲋芷谛哉駝訒r,A的振動頻率比B的大C.當?shù)鬃恼駝宇l率由零開始從小到大變化(保持振幅不變)時,開始時B的振幅比A的大,之后A的振幅比B的大D.當?shù)鬃恼駝宇l率由零開始從小到大變化(保持振幅不變)時,開始時A的振幅比B的大,之后B的振幅比A的大[反思感悟]

變式2[2022·浙江效實中學月考]如圖甲所示,一個有固定轉(zhuǎn)動軸的豎直圓盤轉(zhuǎn)動時,固定在圓盤上的小圓柱帶動一個T形支架在豎直方向運動,使T形支架下面的彈簧和小球組成的振動系統(tǒng)做受迫振動.小球的振幅A與圓盤的轉(zhuǎn)速n的關(guān)系如圖乙所示.下列說法正確的是 ()A.振動系統(tǒng)的固有周期為20minB.振動系統(tǒng)的固有周期為3sC.圓盤的轉(zhuǎn)速越大,擺件振動的振幅越大D.圓盤的轉(zhuǎn)速越大,擺件振動的頻率越小[反思感悟]

變式3如圖所示,松果采摘機利用機械臂抱緊樹干,通過采摘振動頭振動而搖動樹干,使得松果脫落.下列說法正確是 ()A.工作中,樹干的振動頻率等于采摘振動頭的振動頻率B.采摘振動頭振動頻率越高,則落果的效果越好C.采摘振動頭振動頻率越高,則樹干的振動幅度越大D.采摘振動頭停止振動,則樹干的振動頻率逐漸減小[反思感悟]

1.(對阻尼振動的理解)(多選)若空氣阻力不可忽略,則單擺在偏角很小的擺動中,總是減小的物理量為()A.振幅 B.位移C.周期 D.機械能2.(對受迫振動的理解)如圖所示,曲軸上懸掛一彈簧振子,搖動搖把,曲軸可以帶動彈簧振子上下振動,開始時不轉(zhuǎn)動搖把,讓物塊自由振動,測得其頻率為2Hz,然后勻速轉(zhuǎn)動搖把,轉(zhuǎn)速為240r/min,當物塊振動穩(wěn)定時,它的振動周期為()A.0.5sB.0.25sC.2sD.4s3.(共振的條件)[2022·湖南株洲二中月考]單擺M、N、O、P自由振動時,振動圖像分別如圖甲、乙、丙、丁所示.現(xiàn)將單擺M、N、O、P懸掛在如圖所示支架的細線上,并保持各自的擺長不變,使其中一個單擺振動,經(jīng)過足夠長的時間,其他三個都可能振動起來,不計空氣阻力,下列判斷正確的是 () A.若使M振動起來,P不會振動B.若使N振動起來,穩(wěn)定時N振動的周期仍小于O的振動周期C.若使P振動起來,穩(wěn)定時M比N的振幅大D.若使O振動起來,穩(wěn)定時M的振動周期等于2s4.(對共振的理解)2021年5月18日中午深圳賽格大廈發(fā)生晃動.排除地震、臺風等因素的影響,專家推測可能發(fā)生了偶然性共振現(xiàn)象.為減小晃動幅度,你認為以下措施最具操作性的是 ()A.降低大廈高度增加穩(wěn)定性B.減小大廈質(zhì)量改變固有頻率C.消除周邊振源改變驅(qū)動力來源D.安裝阻尼振動裝置減小振動幅度[反思感悟]

6受迫振動共振[教材鏈接](1)固有振動固有頻率(2)振幅振幅例1BC[解析]單擺做阻尼振動,振幅越來越小,機械能越來越小,但振動周期保持不變,選項B、C正確.變式1BD[解析]在單擺振動過程中,因不斷克服空氣阻力做功而使擺球的機械能逐漸轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,C錯誤,D正確;單擺做阻尼振動的過程中,再次經(jīng)過同一位置時,勢能不變,動能減小,A錯誤,B正確.[教材鏈接]周期性的外力外力對系統(tǒng)做功周期性的外力驅(qū)動力驅(qū)動力驅(qū)動力無關(guān)例2A[解析]受迫振動是物體在周期性外力(即驅(qū)動力)作用下的運動,而鑼面在敲擊后并沒有受到周期性外力作用,故A不是受迫振動,B、C、D都是受迫振動.[教材鏈接](1)固有頻率(2)固有頻率最大例3AC[解析]將塑料夾夾在竹片上端做成兩個“單擺”,可運用單擺的周期公式來判斷A、B的固有周期和固有頻率的關(guān)系,由于固定點在下方,根據(jù)T=2πl(wèi)g,有l(wèi)B>lA,所以TB>TA,則fB<fA,選項A正確;當?shù)鬃鲋芷谛哉駝訒r,A、B均做受迫振動,它們的振動頻率相等,均等于底座振動的頻率,選項B錯誤;當?shù)鬃恼駝宇l率由零開始從小到大變化時,先要接近B的固有頻率,而后才能接近A的固有頻率,故開始時B的振幅大,之后A的振幅趕上并超過B的振幅,選項C正確,D錯誤變式2B[解析]根據(jù)圖像可得當轉(zhuǎn)速為n=20r/min=13r/s,振動系統(tǒng)受迫振動的振幅最大,所以振動系統(tǒng)的固有周期為T=1n=變式3A[解析]工作中,樹干做的是受迫振動,其振動頻率等于采摘振動頭的振動頻率,故A正確;采摘振動頭振動頻率和樹干的固有頻率相同時,振幅最大,落果效果最好,故B、C錯誤;采摘振動頭停止振動,則樹干的振動頻率不變,振幅逐漸減小,故D錯誤.隨堂鞏固1.AD[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;位移周期性變化,不是一直減小;根據(jù)單擺周期公式T=2πl(wèi)g可知,l、g不變,則T不變,故選項A、D正確2.B[解析]受迫振動的頻率等于驅(qū)動力的頻率,驅(qū)動力的頻率f=n=240r/min=4r/s=4Hz,故物塊振動穩(wěn)定后的振動頻率為4Hz,其受迫振動的周期為0.25s,選項B正確.3.C[解析]若使M振動起來,其他單擺會做受迫振動,故A錯誤;受迫振動的周期等于驅(qū)動力的周期,故B錯誤;若P振動起來,由于M的固有周期與驅(qū)動力的周期相同,M發(fā)生共振,穩(wěn)定時M比N的振幅大,故C正確;O的周期為3s,使O振動起來,M做受迫振動,則周期為3s,故D錯誤.4.C[解析]當兩個物體的振動頻率相等時,一個物體振動,另一個物體發(fā)生共振現(xiàn)象;故當物體的固有頻率和振源接近,會以較大的振幅做振動,從而形成共振.降低大廈高度增加穩(wěn)定性、減小大廈質(zhì)量改變固有頻率、安裝阻尼振動裝置減小振動幅度都可以通過改變大廈的固有頻率從而防止共振現(xiàn)象的發(fā)生,但是不便操作;消除周邊振源改變驅(qū)動力來源則比較具有操作性,故C正確,A、B、D錯誤.6受迫振動共振建議用時:40分鐘◆知識點一阻尼振動1.(多選)[2022·濟南一中月考]彈簧振子在振動過程中振幅逐漸減小,這是由于 ()A.振子開始振動時振幅太大B.在振動過程中要不斷克服外界阻力做功,消耗能量C.動能和勢能相互轉(zhuǎn)化D.振子的機械能逐漸轉(zhuǎn)化為內(nèi)能2.[2022·湖南湘潭一中月考]將一個電動傳感器接到計算機上,就可以測量快速變化的力,用這種方法測得的某單擺擺動時懸線上拉力的大小隨時間變化的曲線如圖所示.某同學由此圖線提供的信息作出了下列判斷:①t=0.2s時擺球正經(jīng)過最低點;②t=1.1s時擺球正經(jīng)過最低點;③擺球擺動過程中機械能減少;④擺球擺動的周期是T=1.4s.上述判斷中,正確的是 ()A.①③ B.②③C.③④ D.②④◆知識點二受迫振動3.下列振動屬于受迫振動的是 ()A.用重錘敲擊一下懸吊著的鐘后,鐘的振動B.打點計時器接通電源后,振針的振動C.小孩睡在自由擺動的吊床上,小孩和吊床一起擺動D.彈簧振子在豎直方向上振動4.如圖所示的裝置,彈簧振子的固有頻率是4Hz.現(xiàn)勻速轉(zhuǎn)動把手,給彈簧振子一周期性的外力,測得彈簧振子振動達到穩(wěn)定時的頻率為1Hz,則把手轉(zhuǎn)動的頻率為 ()A.1Hz B.3Hz C.4Hz D.5Hz◆知識點三共振5.[2022·北京西城區(qū)期中]“洗”是古代盥洗用的臉盆,多用青銅鑄成,現(xiàn)代亦有許多仿制的工藝品.倒些清水在其中,用手掌摩擦盆耳,盆就會發(fā)出嗡嗡聲,還會濺起層層水花.現(xiàn)某同學用雙手摩擦盆耳,起初頻率非常低,逐漸提高摩擦頻率,則關(guān)于濺起水花強弱的描述正確的是 ()A.濺起水花越來越弱B.濺起水花越來越強C.濺起水花先變?nèi)鹾笞儚奃.濺起水花先變強后變?nèi)?.(多選)蜘蛛視力很差,完全靠感覺來捕食和生活,它的腿能敏捷地感覺到落在絲網(wǎng)上的昆蟲對絲網(wǎng)造成的振動.當絲網(wǎng)的振動頻率為f=200Hz左右時,絲網(wǎng)振動的振幅最大,最大振幅為0.5cm.已知該絲網(wǎng)共振時,蜘蛛能立即捕捉到絲網(wǎng)上的昆蟲.對于落在絲網(wǎng)上的昆蟲,下列說法正確的是 ()A.當其翅膀振動的頻率為200Hz左右時,蜘蛛能立即捕捉到它B.當其翅膀振動的周期為0.05s左右時,蜘蛛能立即捕捉到它C.當其翅膀振動的頻率為300Hz左右時,蜘蛛能立即捕捉到它D.當其翅膀振動的頻率為250Hz時,該絲網(wǎng)的振幅一定小于0.5cm7.[2022·浙江溫嶺期中]如圖所示為路面共振破碎機破碎舊水泥路面.破碎機有專用傳感器感應路面的振動反饋,由電腦自動調(diào)節(jié)振動頻率,激發(fā)錘頭下水泥路面局部范圍產(chǎn)生共振,從而將水泥路面擊碎.結(jié)合你所學的知識判斷下列說法正確的是 ()A.破碎機工作時,錘頭為路面提供能量補充,振幅會越來越大B.破碎機停止工作后,水泥路面振動的頻率隨著振幅減小而減小C.錘頭振動頻率越高,水泥路面的振動幅度越大,效果越好D.調(diào)節(jié)錘頭的振動頻率等于水泥路面的固有頻率時,效果最好8.[2022·天津一中月考]某患者在醫(yī)院進行靜脈輸液治療,如圖所示.該病人正在輸b吊瓶中的液體,輸了一半時他的左手動了一下,這個動作拉扯到了輸液管,使b吊瓶晃動了起來,緊接著待輸?shù)腶、c吊瓶(液體均滿瓶)也跟著晃動起來,假設(shè)懸掛三個瓶的細繩長度相同,b、c兩吊瓶大小相同,a吊瓶比b、c小一些,則 ()A.b、c兩吊瓶發(fā)生共振B.a、b、c三個吊瓶均做自由振動C.b、c兩吊瓶的振幅相同D.a、b、c三個吊瓶的振動周期相同9.(多選)把一個篩子用四根彈簧支起來,篩子上裝一個電動偏心輪,偏心輪每轉(zhuǎn)一周就給篩子一個驅(qū)動力,這就做成了一個共振篩.某共振篩做自由振動時,完成20次全振動用時15s,在某驅(qū)動電壓下,電動偏心輪的轉(zhuǎn)速是88r/min.已知增大電動偏心輪的電壓可以使其轉(zhuǎn)速提高,增大篩子的質(zhì)量可以增大篩子的固有周期,則要使篩子的振幅增大,下列做法中正確的是()A.降低偏心輪的驅(qū)動電壓 B.提高偏心輪的驅(qū)動電壓C.增大篩子的質(zhì)量 D.減小篩子的質(zhì)量10.(多選)一砝碼和一輕彈簧構(gòu)成彈簧振子,如圖甲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,給砝碼一個向下的初速度,砝碼便做簡諧運動,振動圖線如圖乙所示,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丙所示,若用T0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 ()A.由圖線可知T0=4sB.由圖線可知T0=8sC.當T在4s附近時,y顯著增大;當T比4s小得多或大得多時,y很小D.當T在8s附近時,y顯著增大;當T比8s小得多或大得多時,y很小11.(多選)[2022·北京四中月考]如圖所示為兩個單擺的受迫振動的共振曲線.下列說法正確的是 ()A.若兩個受迫振動分別在月球上和地球上進行,且擺長相同,則圖線Ⅰ表示月球上單擺的共振曲線B.若兩個受迫振動是在地球上同一地點進行,則兩個單擺擺長之比LⅠ∶LⅡ=25∶4C.若圖線Ⅱ是在地面上完成的,則該單擺擺長約為1mD.若擺長均為1m,則圖線Ⅰ是在地面上完成的6受迫振動共振1.BD[解析]振子開始振動時振幅太大或動能和勢能相互轉(zhuǎn)化,都不會讓彈簧振子在振動過程中振幅逐漸減小,故A、C錯誤;由于阻力作用,在振動過程中要不斷克服外界阻力做功,消耗能量,振子的機械能逐漸轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,所以彈簧振子在振動過程中振幅逐漸減小,故B、D正確.2.A[解析]t=0.2s時拉力最大,擺球正經(jīng)過最低點,t=1.1s時拉力最小,擺球處于最高點;擺球擺動過程中拉力的極大值逐漸減小,擺球的機械能逐漸減少;0.2s、0.8s和1.4s時拉力最大,0.2~1.4s內(nèi)完成一次全振動,擺球擺動的周期是T=1.2s,選項A正確.3.B[解析]受迫振動是物體在周期性驅(qū)動力作用下的往復運動,分析知,受周期性驅(qū)動力的只有振針,其他均為自由振動.4.A[解析]彈簧振子做受迫振動,其振動頻率等于驅(qū)動力頻率,故把手轉(zhuǎn)動的頻率為1Hz,選項A正確.5.D[解析]當某同學用雙手摩擦盆耳的頻率等于“洗”(包括水)的固有頻率時,會共振,濺起水花最強.所以用雙手摩擦盆耳,起初頻率非常低,低于固有頻率,逐漸提高摩擦頻率,濺起水花先變強,當超過固有頻率后,濺起水花變?nèi)?故D正確,A、B、C錯誤.6.AD[解析]當昆蟲翅膀振動的頻率與絲網(wǎng)的固有頻率相等時,即翅膀振動的頻率f'=f=200Hz時,蜘蛛能立即捕捉到它,故A正確,C錯誤;根據(jù)周期與頻率之間的關(guān)系得T=1f=1200s=0.005s,當昆蟲翅膀振動的周期為0.005s左右時,蜘蛛能立即捕捉到它,故B錯誤;當昆蟲翅膀振動的頻率為250Hz左右時,沒有發(fā)生共振,故該絲網(wǎng)的振幅小于0.7.D[解析]路面的振幅與驅(qū)動力的頻率有關(guān),當錘頭振動頻率等于水泥路面的固有頻率