第5節(jié)生活中的振動(dòng)一、阻尼振動(dòng)1．填一填(1)自由振動(dòng)：振動(dòng)物體偏離平衡位置后，僅在

作用下的振動(dòng)。(2)阻尼振動(dòng)

①阻尼：當(dāng)振動(dòng)系統(tǒng)受到

作用時(shí)，振動(dòng)受到了阻尼。

②阻尼振動(dòng)：

不斷減小的振動(dòng)，如圖所示。回復(fù)力阻力振幅2．判一判(1)阻尼振動(dòng)振幅逐漸減小是回復(fù)力的效果。

()(2)振動(dòng)物體克服阻力做功，機(jī)械能不斷減小。

()(3)減震器的作用是增大阻力，使振動(dòng)很快停止。

()×√√3．選一選一單擺做阻尼振動(dòng)，則在振動(dòng)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．在振動(dòng)過程中，通過某一位置時(shí)，機(jī)械能始終不變D．振動(dòng)過程中，機(jī)械能不守恒，周期減小解析：因單擺做阻尼振動(dòng)，根據(jù)阻尼振動(dòng)的定義可知，其振幅越來越小。而單擺振動(dòng)過程中的周期是其固有周期，是由本身特點(diǎn)決定的，是不變的，故A、D項(xiàng)錯(cuò)誤，B項(xiàng)正確；又因單擺做阻尼振動(dòng)過程中，振幅逐漸減小，振動(dòng)的能量也在減少，即機(jī)械能在減少，所以C項(xiàng)錯(cuò)誤。答案:B

二、受迫振動(dòng)與共振1．填一填(1)驅(qū)動(dòng)力：為了獲得穩(wěn)定的振動(dòng)，需要給振動(dòng)物體施加一個(gè)

的外力，稱為驅(qū)動(dòng)力。(2)受迫振動(dòng)：在

作用下產(chǎn)生的振動(dòng)。(3)物體做受迫振動(dòng)時(shí)，振動(dòng)穩(wěn)定后的周期(或頻率)總等于

的周期(或頻率)，與物體的

(或

)無關(guān)。周期性周期性外力驅(qū)動(dòng)力固有周期固有頻率(4)共振

①條件：驅(qū)動(dòng)力的周期(或頻率)

物體的固有周期(或固有頻率)。

②特征：在受迫振動(dòng)中，共振時(shí)受迫振動(dòng)的

達(dá)到最大。

③共振曲線：如圖所示。2．判一判(1)驅(qū)動(dòng)力的周期對(duì)物體振動(dòng)的周期沒有影響。

()(2)物體做受迫振動(dòng)時(shí)，振動(dòng)穩(wěn)定后的狀態(tài)叫作共振。

()(3)受迫振動(dòng)中，共振時(shí)振幅最大。

()等于振幅××√3．想一想如圖，鐵架橫梁上掛著幾個(gè)擺長(zhǎng)不同的擺。其中，A與D、G的擺長(zhǎng)相同，D的擺球質(zhì)量大于其他擺球。使D擺偏離平衡位置后釋放，D擺在振動(dòng)中通過橫梁對(duì)其他幾個(gè)擺施加周期性的驅(qū)動(dòng)力。在振動(dòng)穩(wěn)定后比較各球的振幅，會(huì)看到哪幾個(gè)球的振幅較大？為什么？提示：A球和G球振幅較大。因?yàn)锳球和G球擺長(zhǎng)和D球擺長(zhǎng)相等，固有頻率等于驅(qū)動(dòng)力頻率，發(fā)生了共振現(xiàn)象。三、共振的應(yīng)用與防止1．填一填(1)共振的應(yīng)用

①路面共振破碎機(jī)通過調(diào)節(jié)振動(dòng)錘頭的

，使其等于或接近水泥路面的

，使錘頭下的路面產(chǎn)生

而被擊碎。

②音叉共鳴箱是讓音叉的振動(dòng)和箱內(nèi)的空氣柱產(chǎn)生

。(2)共振的防止

①輪船航行時(shí)，受到周期性的海浪沖擊而擺動(dòng)，海浪沖擊力的頻率與輪船的固有頻率

，就會(huì)發(fā)生共振，輪船可能會(huì)劇烈搖擺甚至傾覆。防止這種現(xiàn)象發(fā)生的方法是改變輪船的

和

。振動(dòng)頻率固有頻率共振共振相同航向速率②集體列隊(duì)經(jīng)過橋梁時(shí)要

，防止周期性的驅(qū)動(dòng)力使橋梁發(fā)生共振。③車床、磨床、電鋸等工作時(shí)會(huì)伴隨不同程度的振動(dòng)，要防止

現(xiàn)象的發(fā)生。④人體接近振動(dòng)源時(shí)，應(yīng)該設(shè)法防止

對(duì)身體造成的不良影響。2．判一判(1)共鳴是一種聲共振現(xiàn)象。

()(2)集體列隊(duì)通過橋梁時(shí)，齊步走更安全。

()(3)洗衣機(jī)在工作時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速不同，機(jī)身振動(dòng)的程度不同。

()便步走共振共振√×√3．想一想用扁擔(dān)挑水時(shí)，有時(shí)桶里的水會(huì)蕩得厲害，并從桶中濺出來，這是為什么？提示：人挑水時(shí)，通過扁擔(dān)對(duì)水桶施加周期性的驅(qū)動(dòng)力，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率等于桶里水的固有頻率時(shí)，水發(fā)生共振，水的動(dòng)蕩就越來越厲害，并會(huì)從桶中濺出來。探究(一)

阻尼振動(dòng)與簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的比較[重難釋解]1．簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是一種理想化的模型，物體運(yùn)動(dòng)過程中的一切阻力都不考慮。2．阻尼振動(dòng)考慮阻力的影響，是更接近實(shí)際的一種運(yùn)動(dòng)。振動(dòng)類型比較項(xiàng)目阻尼振動(dòng)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生原因受到阻力作用不受阻力作用振幅如果沒有能量補(bǔ)充，物體的振幅會(huì)越來越小振幅不變振動(dòng)能量有損失保持不變振動(dòng)頻率不變不變振動(dòng)圖像實(shí)例汽車上的減震器的振動(dòng)彈簧振子在光滑面上的運(yùn)動(dòng)3．阻尼振動(dòng)與簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的比較：(多選)如圖所示是單擺做阻尼振動(dòng)的振動(dòng)圖線，下列說法中正確的是(

)A．?dāng)[球A時(shí)刻的動(dòng)能等于B時(shí)刻的動(dòng)能B．?dāng)[球A時(shí)刻的勢(shì)能等于B時(shí)刻的勢(shì)能C．?dāng)[球A時(shí)刻的機(jī)械能等于B時(shí)刻的機(jī)械能D．?dāng)[球A時(shí)刻的機(jī)械能大于B時(shí)刻的機(jī)械能[解析]單擺做阻尼振動(dòng)，因此其機(jī)械能不斷減小，選項(xiàng)D正確，C錯(cuò)誤；由題圖看出A、B兩時(shí)刻單擺的位移相同，即在同一位置，故勢(shì)能相同，選項(xiàng)B正確；因機(jī)械能越來越小，所以B時(shí)刻的動(dòng)能小于A時(shí)刻的動(dòng)能，選項(xiàng)A錯(cuò)誤。[答案]

BD[素養(yǎng)訓(xùn)練]1．自由擺動(dòng)的秋千，擺動(dòng)的振幅越來越小，對(duì)于這一過程，下列說法正確的是(

)A．機(jī)械能守恒B．能量正在消失C．總能量守恒，機(jī)械能減小D．只有動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化解析：自由擺動(dòng)的秋千可以看作阻尼振動(dòng)的模型，振動(dòng)系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)化也不只是系統(tǒng)內(nèi)部動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化，振動(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)開放系統(tǒng)，與外界時(shí)刻進(jìn)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(dòng)的能量不斷減小，但總能量守恒。答案:C

2．(多選)將測(cè)力傳感器接到計(jì)算機(jī)上可以測(cè)量快速變化的力，將單擺掛在測(cè)力傳感器的探頭上，測(cè)力探頭與計(jì)算機(jī)連接，用此方法測(cè)得的單擺擺動(dòng)過程中擺線上拉力的大小隨時(shí)間變化的曲線如圖所示，g取10m/s2。某同學(xué)由此圖像提供的信息做出了下列判斷，其中正確的是

(

)A．?dāng)[球的周期T＝0.5sB．單擺的擺長(zhǎng)l＝1mC．t＝0.5s時(shí)擺球正經(jīng)過最低點(diǎn)D．?dāng)[球運(yùn)動(dòng)過程中周期越來越小探究(二)

受迫振動(dòng)和共振[問題驅(qū)動(dòng)]如圖所示，兩個(gè)彈簧振子懸掛在同一個(gè)支架上，已知甲彈簧振子的固有頻率為8Hz，乙彈簧振子的固有頻率為72Hz，支架受到豎直方向且頻率為9Hz的驅(qū)動(dòng)力作用而做受迫振動(dòng)。兩個(gè)彈簧振子的振動(dòng)情況是怎樣？提示：支架在受到豎直方向且頻率為9Hz的驅(qū)動(dòng)力作用下做受迫振動(dòng)時(shí)，甲、乙兩個(gè)彈簧振子都做受迫振動(dòng)，它們振動(dòng)的頻率都等于驅(qū)動(dòng)力的頻率9Hz，由于甲的固有頻率接近于驅(qū)動(dòng)力的頻率，所以甲的振幅較大。

[重難釋解]1．受迫振動(dòng)與共振的關(guān)系共振是受迫振動(dòng)的一種特殊形式，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的周期(或頻率)與物體的固有周期(或頻率)相等時(shí)，受迫振動(dòng)的振幅達(dá)到最大，此時(shí)的受迫振動(dòng)即為共振。2．對(duì)共振條件的理解(1)從受力角度看：當(dāng)振動(dòng)物體所受驅(qū)動(dòng)力的方向跟它的運(yùn)動(dòng)方向相同時(shí)，驅(qū)動(dòng)力對(duì)它起加速作用，使它的振幅增大，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率等于物體的固有頻率時(shí)，它的每一次作用都使物體的振幅增加，從而振幅達(dá)到最大。(2)從功能關(guān)系看：當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率等于物體的固有頻率時(shí)，驅(qū)動(dòng)力始終對(duì)物體做正功，使振動(dòng)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。3．對(duì)共振曲線的理解

如圖所示。(1)兩坐標(biāo)軸的意義：

縱軸：受迫振動(dòng)的振幅。

橫軸：驅(qū)動(dòng)力頻率。(2)f0的意義：表示固有頻率。(3)認(rèn)識(shí)曲線形狀：f＝f0，共振；f>f0或f<f0，振幅較小；f與f0相差越大，振幅越小。(4)結(jié)論：驅(qū)動(dòng)力的頻率f越接近振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率f0，受迫振動(dòng)的振幅越大，反之振幅越小。

為了交通安全，常在公路上設(shè)置如圖所示的減速帶，減速帶使路面稍微拱起以達(dá)到車輛減速的目的。一排等間距設(shè)置的減速帶，可有效降低車速，稱為洗衣板效應(yīng)。如果某路面上的減速帶的間距為1.5m，一輛固有頻率為2Hz的汽車勻速駛過這排減速帶，下列說法正確的是

(

)A．當(dāng)汽車以5m/s的速度行駛時(shí)，其振動(dòng)頻率為2HzB．當(dāng)汽車以3m/s的速度行駛時(shí)最不顛簸C．當(dāng)汽車以3m/s的速度行駛時(shí)顛簸得最厲害D．汽車速度越大，顛簸得就越厲害

一個(gè)單擺做受迫振動(dòng)，其共振曲線(振幅A與驅(qū)動(dòng)力的頻率f的關(guān)系)如圖所示，則

(

)A．此單擺的擺長(zhǎng)約為1mB．此單擺的固有周期約為0.5sC．若擺長(zhǎng)增大，單擺的固有頻率增大D．若擺長(zhǎng)增大，共振曲線的峰值將向右移動(dòng)分析共振問題的方法(1)在分析解答有關(guān)共振問題時(shí)，要抓住產(chǎn)生共振的條件：驅(qū)動(dòng)力的頻率等于固有頻率，此時(shí)振動(dòng)的振幅最大。(2)在分析有關(guān)共振的實(shí)際問題時(shí)，要抽象出受迫振動(dòng)這一物理模型，弄清驅(qū)動(dòng)力頻率和固有頻率，然后利用共振的條件進(jìn)行求解。

[素養(yǎng)訓(xùn)練]1．如圖所示，在曲軸上懸掛一彈簧振子，轉(zhuǎn)動(dòng)搖把，曲軸可以帶動(dòng)彈簧振子上下振動(dòng)。開始時(shí)不轉(zhuǎn)動(dòng)搖把，讓振子自由上下振動(dòng)，測(cè)得其頻率為2Hz；然后以60r/min的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動(dòng)搖把，當(dāng)振子振動(dòng)穩(wěn)定時(shí)，它的振動(dòng)周期為

(

)A．0.25s

B．0.5sC．1s D．2s解析：彈簧振子受搖把的作用而振動(dòng)，做受迫振動(dòng)，所以其振動(dòng)的周期等于驅(qū)動(dòng)力的周期，故C正確。答案:C

2．(多選)如圖所示，兩個(gè)質(zhì)量分別為M和m的小球，懸掛在同一根水平細(xì)線上，當(dāng)M在垂直于水平細(xì)線的平面內(nèi)擺動(dòng)時(shí)，下列說法正確的是

(

)A．兩擺的振動(dòng)周期是相同的B．當(dāng)兩擺的擺長(zhǎng)相等時(shí)，m擺的振幅最大C．懸掛M的豎直細(xì)線長(zhǎng)度變化時(shí)，m的振幅不變D．m擺的振幅可能超過M擺的振幅3．在火車車廂里吊著一擺長(zhǎng)為0.5m的單擺，當(dāng)行駛著的火車車輪接觸到兩根鋼軌接合處的縫隙時(shí)，就受到一次撞擊而使車廂振動(dòng)，每根鋼軌的長(zhǎng)度是12.5m，那么當(dāng)火車的速度為多大時(shí)，單擺振動(dòng)的振幅最大？(重力加速度g取9.8m/s2)一、培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新思維(選自人教版新教材課后練習(xí))如圖是一個(gè)單擺的共振曲線。(1)試估計(jì)此單擺的擺長(zhǎng)。(2)若擺長(zhǎng)增大，共振曲線振幅最大值所對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)將怎樣變化？二、注重學(xué)以致用和思維建模1．部隊(duì)經(jīng)過橋梁時(shí)，規(guī)定不許齊步走，登山運(yùn)動(dòng)員登高山時(shí)(高山上有積雪)，不許高聲叫喊，主要原因是

(

)A．減輕對(duì)橋的壓力，避免產(chǎn)生回聲B．減小對(duì)橋、高山的沖力C．避免使橋、積雪發(fā)生共振D．使橋受到的壓力均勻，使登山運(yùn)動(dòng)員耗散能量減小解析：部隊(duì)過橋時(shí)如果齊步走，會(huì)給橋梁施加周期性的外力，容易使橋梁的振動(dòng)幅度增加，可能發(fā)生共振，造成橋梁倒塌。登山運(yùn)動(dòng)員登高山時(shí)(高山上有常年積雪，高山內(nèi)部溫度較高，有部分雪融化成了水，對(duì)覆雪起了潤(rùn)滑作用)高聲叫喊，聲波容易引起積雪共振從而發(fā)生雪崩，故應(yīng)選C。答案:C

2．(選自人教版新教材課后練習(xí))如圖，張緊的水平繩上吊著A、B、C三個(gè)小球。B球靠近A球，但兩者的懸線