11.5、外力作用下的振动

11 511 5 外力作用下的振动 外力作用下的振动 学习目标 1 知道阻尼振动和无阻尼振动 并能从能量的观点给予说明 2 知道受迫振动的概念 知道受迫振动的频率等于驱动力的频率 而跟振动物体的 固有频率无关 3 理解共振的概念 知道常见的共振的应用和危害 教学重点 难点 受迫振动 共振 一 阻尼振动 1 阻尼振动 振幅逐渐减小的振动 2 阻尼振动的图像 3 振动系统受到的阻尼越大 振幅减小得越快 阻尼过大时 系统将不能发生振动 4 实际的自由振动一定是阻尼振动 二 受迫振动 1 驱动力 作用在振动系统上的周期性外力 2 受迫振动 系统在驱动力作用下的振动 3 受迫振动的特点 受迫振动的频率总等于驱动力的频率 与系统的固有频率无关 三 共 振 1 定义 驱动力的频率等于系统的固有频率时 受迫振动的振幅最大 这种现象叫做共振 2 共振条件 驱动力的频率等于物体的固有频率 3 共振曲线 驱动力的频率等于系统的固有频率时 受迫振动的振幅最大 驱动力的频率与系统的固 有频率相差越少 振幅越大 相差越多 振幅越小 四 共振的防止和应用 1 防止 使驱动力的频率与物体的固有频率不同 而且相差越大越好 2 应用 使驱动力的频率接近或等于振动物体的固有频率 考点一考点一 对阻尼振动的理解对阻尼振动的理解 例 1 一单摆做阻尼振动 则在振动过程中 A 振幅越来越小 周期也越来越小 B 振幅越来越小 周期不变 C 在振动过程中 通过某一位置时 机械能始终不变 D 振动过程中 机械能不守恒 周期不变 跟踪训练 1 如图所示是单摆做阻尼振动的振动图线 下列说法正确的是 A 摆球 A 时刻的动能等于 B 时刻的动能 B 摆球 A 时刻的势能等于 B 时刻的势能 C 摆球 A 时刻的机械能等于 B 时刻的机械能 D 摆球 A 时刻的机械能大于 B 时刻的机械能 考点二考点二 对受迫振动和共振的理解对受迫振动和共振的理解 例 2 如图所示 五个摆悬挂于同一根绷紧的水平绳上 A 是摆球质量较大的摆 让它摆 动后带动其他摆运动 下列结论正确的是 A 其他各摆的振动周期与 A 摆的相同 B 其他各摆的振幅都相等 C 其他各摆的振幅不同 E 摆的振幅最大 D 其他各摆的振动周期不同 D 摆周期最大 跟踪训练 2 铁轨上每根钢轨长 12m 若支持车厢的弹簧固有频率是 2Hz 那么列车以多 大速度行驶时 车厢振动最厉害 A 6m s B 12m s C 24m s D 48m s 跟踪训练 3 如图所示装置中 已知弹簧振子的固有频率 f固 2 Hz 电动机皮带轮的直径 d1是曲轴皮带轮 d2的 1 2 为使弹簧振子的振幅最大 则电动机的转速 应为 A 60 r min B 120 r min C 30 r min D 240 r min 考点三考点三 对共振曲线的理解对共振曲线的理解 例 3 如图所示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是多少 g 取 10 m s2 跟踪训练 4 如图所示是一个单摆的共振曲线 1 若单摆所处的环境 重力的加速度 g 9 8 m s2 试求此摆的摆长 2 若将此摆移到高山上 共振曲线的峰将怎样移动 巩固练习 1 一列队伍过桥时 不能齐步走 这是为了 A 减小对桥的压力 B 使桥受力均匀 C 减小对桥的冲力 D 避免使桥发生共振 2 弹簧振子在振动过程中振幅逐渐减小 这是由于 A 振子开始振动时振幅太小 B 在振动过程中要不断克服外界阻力做功 消耗能量 C 动能和势能相互转化 D 振子的机械能逐渐转化为内能 3 如图所示的装置中 在曲轴 AB 上悬挂一个弹簧振子 若不转动把手 C 让其上下振动 周期为 T1 若使把手以周期 T2 T2 T1 匀速转动 当运动都稳定后 则 A 弹簧振子的振动周期为 T1 B 弹簧振子的振动周期为 T2 C 要使弹簧振子振幅增大 可让把手转速减小 D 要使弹簧振子振幅增大 可让把手转速增大 4 两个弹簧振子 甲的固有频率是 100Hz 乙的固有频率是 400Hz 若它们均在频率是 300Hz 的驱动力作用下做受迫振动 则 A 甲的振幅较大 振动频率是 100Hz B 乙的振幅较大 振动频率是 300Hz C 甲的振幅较大 振动频率是 300Hz D 乙的振幅较大 振动频率是 400Hz 5 某振动系统的固有频率 f1 该振动系统在频率为 f2的驱动力的作用下做受迫振动 系统 的振动频率为 A f1 B f2 C f1 f2 D f1 f2 2 6 如图所示是内燃机排气门工作简图 凸轮运转 带动摇臂 摇臂将气门压下 汽缸内废 气排出之后 气门在弹簧的弹力作用下复位 凸轮 摇臂 弹簧协调动作 内燃机得以正常工作 所有型号内燃机气门弹簧用法都有一个共同的特点 就是不用一只而用两只 并且两个弹簧劲度系数不同 相差还很悬殊 关 于为什么要用两只劲度系数不同的弹簧 以下说法正确的是 A 一只弹簧力量太小 不足以使气门复位 B 一只弹簧损坏之后另一只可以继续工作 提高了机器的可靠性 C 两个弹簧一起使用 可以避免共振 D 两个弹簧一起使用 增加弹性势能 能够使得机器更节能 7 一平台沿竖直方向作简谐运动 一物体置于振动的平台上随台一起运动 当振动平台处 于什么位置时 物体对台面的正压力最大 A 当振动平台运动到最高点时 B 当振动平台向下运动过振动中心点时 C 当振动平台运动到最低点时 D 当振动平台向上运动过振动中 心点时 8 如图所示是物体受迫振动的共振曲线 其纵坐标表示了物体 A 在不同时刻的振幅 B 在不同时刻的位移 C 在不同驱动力下的振幅 D 在不同驱动力下的位移 9 大海里航行的轮船 受到大风大浪冲击时 为了防止倾覆 应当改变航行方向和 使风浪冲击力的频率远离轮船摇摆的 10 若列车车厢与其负荷总质量为 m 55 0t 车厢弹簧每受 1 0 t 重就被压缩 S 0 80mm 我国铁路一般轨长为 L 12 6m 列车的危险速率 发生激烈颠簸时的速率 为 11 如图所示 在曲柄 A 上悬挂一个弹簧振子 如果转动摇把 C 可 带动曲轴 BAD 用手往下拉振子 再放手使弹簧振子上下振动 测得 振子在 10s 内完成 20 次全振动 然后匀速转动摇把 当转速为 r min 弹簧振子振动最剧烈 稳定后的 振动周期为 s 12 如图所