高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册6 受迫振动 共振备课课件ppt

第6节 受迫振动 共振

一、阻尼振动

1．自由摆动的秋千，摆动的振幅越来越小，下列说法正确的是（　　）

A．机械能守恒

B．能量正在消失

C．总能量守恒，机械能减小

D．只有动能和势能的相互转化

【答案】C

【详解】自由摆动的秋千，振幅越来越小，则振动系统中的能量转化不只是系统内部动能和势能的相互转化，振动系统是一个开放系统，与外界时刻进行着能量交换，但总能量守恒，系统由于受到阻力，消耗系统机械能，从而使振动的机械能不断减小。

故选C。

2．《枫桥夜泊》中有名句：“姑苏城外寒山寺，夜半钟声到客船”。其中，当钟声传到客船时，对大钟的撞击早已停止了，但仍感觉“余音未绝”，分析其原因可能是（　　）

A．大钟的回声 B．大钟在继续振动，空气中继续形成声波

C．人的听觉发生“暂留”的缘故 D．大钟虽停止振动，但空气仍在振动

【答案】B

【详解】停止对大钟的撞击后，大钟做阻尼振动，仍在空气中形成声波，随着能量的减弱，钟声逐渐消失。

故选B。

二、受迫振动

3．如图所示，一个竖直圆盘转动时，固定在圆盘上的小圆柱带动一个T形支架在竖直方向振动，T形支架下面系着一个弹簧和小球组成的振动系统，小球浸没在水中。当圆盘静止时，让小球在水中振动，其阻尼振动频率约为。现使圆盘由静止开始缓慢加速转动，直至以的周期匀速转动稳定下来，在此过程中，下列说法正确的是（　　）

A．圆盘转动时，小球做受迫振动

B．最终稳定时小球的振动频率为

C．最终稳定时小球的振动频率为

D．小球的振幅与圆盘转速无关

【答案】A

【详解】A．振动系统在周期性驱动力作用下的振动叫受迫振动，圆盘转动时，小球做受迫振动，A正确；

BC．小球稳定振动时的频率为，BC错误；

D．圆盘转速由零逐渐增大，转动的频率逐渐接近小球振动的固有频率3Hz，振幅逐渐增大，D错误；

故选A。

4．如图所示的装置，弹簧振子的固有频率是4Hz，现匀速转动把手，给弹簧振子以周期性的驱动力，测得弹簧振子振动达到稳定时的频率为1Hz，则把手转动的频率为（  ）

A．1Hz B．3Hz C．4Hz D．5 Hz

【答案】A

【详解】弹簧振子振动达到稳定时的频率为1Hz，即受迫振动的频率为1Hz，则驱动力的频率为1Hz。

故选A。

三、共振

5．把一个筛子用四根弹簧支撑起来，筛子上装一个电动偏心轮，它每转一周，给筛子一个驱动力，这就做成了一个共振筛，如图甲所示。该共振筛的共振曲线如图乙所示。已知增大电压，可使偏心轮转速提高，增加筛子质量，可增大筛子的固有周期。现在，在某电压下偏心轮的转速是1.47r/s（1r/s=1Hz）。为使共振筛的振幅增大，以下做法可行的是（    ）

A．降低输入电压同时减小筛子质量 B．降低输入电压同时增加筛子质量

C．增大输入电压同时减小筛子质量 D．增大输入电压同时增加筛子质量

【答案】A

【详解】电动机在某电压下偏心轮的转速是1.47r/min，可得驱动力的频率为共振筛的固有频率为由于驱动力的频率大于共振筛的固有频率，所以要是振幅变大，要减小驱动力的频率或者增加共振筛的固有频率，即减小偏心轮电压或减小共振筛的质量。

故选A。

6．如图所示，学校门口水平路面上两减速带的间距为2m，若某汽车匀速通过该减速带，其车身悬挂系统（由车身与轮胎间的弹簧及避震器组成）的固有频率为2Hz，则下列说法正确的是（　　）

A．汽车行驶的速度越大，颠簸得越厉害

B．汽车行驶的速度越小，颠簸得越厉害

C．当汽车以3m/s的速度行驶时，颠簸得最厉害

D．当汽车以4m/s的速度行驶时，颠簸得最厉害

【答案】D

【详解】由于v=xf=4m/s因此当汽车以4m/s的速度行驶时，通过减速带的频率与汽车的固有频率相同，发生共振，汽车颠簸得最厉害。故选D。

7．如图是摆球做阻尼振动的振动图像，下列说法正确的是（　　）

A．振动过程中周期变小

B．振动过程中周期变大

C．摆球A时刻的势能等于B时刻的势能

D．摆球A时刻的动能等于B时刻的动能

【答案】C

【详解】AB．阻尼振动中，摆球的振幅逐渐减小，由于周期与振幅无关，故振动过程中周期不变，AB错误；

C．因A、B两时刻的位移相同，故摆球A时刻的势能等于B时刻的势能，C正确；

D．由于振动的能量逐渐减小，故摆球A时刻的动能大于B时刻的动能，D错误。

故选C。

8．如图是一单摆做阻尼振动的位移—时间图像，比较摆球在与时刻的下列物理量，（代表点重力势能，代表点重力势能）以下说法正确的是（    ）

A．速率 B．受到的拉力

C．重力势能 D．机械能

【答案】B

【详解】ACD．由于单摆在运动过程中要克服阻力做功，振幅逐渐减小，摆球的机械能逐渐减少，所以摆球在M点所对应时刻的机械能大于在N点所对应的机械能，摆球的势能是由摆球相对于零势能点的高度h和摆球的质量m共同决定的（）。单摆摆球的质量是定值，由于M、N两时刻摆球的位移大小相同，故在这两个时刻摆球相对零势能点的高度相同，重力势能也相同，但由于M点的机械能大于N点的机械能，所以M点对应时刻的动能大于在N点对应时刻的动能，可得速率故ACD错误；

B．由于M、N两时刻摆球的位移大小相同，所以其细线拉力与竖直方向上的夹角θ也相等，对单摆受力分析，根据牛顿第二定律得；由于，所以故B正确；

故选B。

9．2021年04月18日22时11分在台湾省花莲县（北纬23.92度，东经121.53度）发生6.1级地震，震源深度7千米，绣湖小区几幢高楼里的居民反映“震感明显”，而义乌中学的高三学生却普遍反映“没有感觉”。针对这一事件，下列同学的认识中科学合理的是（　　）

A．地震波到达义乌时，我市地面建筑发生了受迫振动

B．绣湖小区那几幢高楼的固有频率与当时地震波的频率更加接近

C．地震波在义乌发了叠加，绣湖小区处在振动加强带上，义乌中学恰好处在振动减弱带上

D．应对绣湖小区那几幢高楼采取物理措施改变它们的固有频率以防止地震危害

【答案】AB

【详解】A．地震波到达义乌时，地面受到了外力作用，所以我市地面建筑发生了受迫振动，A正确；

B．因为绣湖小区几幢高楼里的居民反映“震感明显”，所以绣湖小区那几幢高楼的固有频率与当时地震波的频率更加接近，共振现象明显，B正确；

C．地震波在义乌没有发生叠加，C错误；

D．固有频率是物质的固有属性，不易改变，D错误。

故选AB。

10．某振动系统的固有频率为，在周期性驱动力的作用下做受迫振动，驱动力的频率为f。若驱动力的振幅保持不变，下列说法正确的是（　　）

A．当时，该振动系统的振幅可能随f增大而减小

B．当时，该振动系统的振幅一定随f减小而增大

C．该振动系统的振动稳定后，振动的频率等于

D．该振动系统的振动稳定后，振动的频率等于f

【答案】BD

【详解】A．当时，系统达到共振，振幅最大，故时，随f的增大，振幅振大，故A错误；

B．当时，随f的减小，驱动力的频率接近固有频率，故该振动系统的振幅增大，故B正确；

CD．该振动系统的振动稳定后，振动的频率等于驱动力的频率f，故C错误，D正确。

故选BD。

11．一个单摆在地面上做受迫振动，其共振曲线（振幅A与驱动力频率f的关系）如图所示，则下列说法不正确的是（　　）

A．此单摆的固有周期约为2s

B．此单摆的摆长约为1m

C．若摆长增大，单摆的固有频率增大

D．若摆长增大，共振曲线的峰将向右移动

【答案】CD

【详解】A．单摆做受迫振动，振动频率与驱动力频率相等；当驱动力频率等于固有频率时，发生共振，振幅最大，由图可知固有频率为，周期为2s。故A正确，不符合题意；

B．由图可知，共振时单摆的振动频率与固有频率相等，则周期为2s。由公式可得

故B正确，不符合题意；

C．若摆长增大，单摆的固有周期增大，固有频率减小。故C错误，符合题意；

D．若摆长增大，则固有频率减小，所以共振曲线的峰将向左移动，故D错误，符合题意。

故选CD。

12．如图所示为两个单摆的受迫振动的共振曲线，则下列说法正确的是（　　）

A．若两个受迫振动分别在月球上和地球上进行，且摆长相同，则图线Ⅰ表示月球上单摆的共振曲线

B．若两个受迫振动是在地球上同一地点进行，则两个摆长之比LⅠ：LⅡ＝25：4

C．图线Ⅱ若表示是在地面上完成的，则该单摆摆长约为1m

D．若摆长均为1m，则图线Ⅰ表示是在地面上完成的

【答案】ABC

【详解】A．图线中振幅最大处对应的频率应与做受迫振动的单摆的固有频率相等，从图线上可以看出，两摆的固有频率fⅠ＝0.2Hz，fⅡ＝0.5Hz；当两摆在月球和地球上分别做受迫振动且摆长相等时，根据公式

f＝可知，g越大，f越大，所以gⅡ＞gⅠ又因为g地＞g月因此可推知图线Ⅰ表示月球上单摆的共振曲线，A正确；

B．若在地球上同一地点进行两次受迫振动，g相同，摆长长的f小，且有＝所以＝

B正确；

CD．fⅡ＝0.5Hz，若图线Ⅱ表示是在地面上完成的，根据g＝9.8m/s2，可计算出LⅡ约为1m，C正确，D错误。

故选ABC。

13．铺设铁轨时，每两根钢轨接缝处都必须留有一定的间隙，匀速运行的列车经过轨端接缝处时，车轮就会受到一次冲击。由于每一根钢轨长度相等，所以这个冲击力是周期性的，列车受到周期性的冲击做受迫振动。每根钢轨长为12.6 m，列车固有振动周期为0.315 s。下列说法正确的是（　　）

A．列车的危险速率为40 m/s

B．列车过桥需要减速，是为了防止桥梁发生共振现象

C．列车运行的振动频率和列车的固有频率总是相等的

D．增加钢轨的长度有利于列车高速运行

【答案】ABD

【详解】A．对于受迫振动，当驱动力的频率与固有频率相等时将发生共振现象，所以列车的危险速率

v＝＝40 m/s，A正确；

B．为了防止共振现象发生，列车过桥时需要减速，B正确；

C．为了防止列车发生共振现象，其运行的振动频率与其固有频率不能相等，C错误，

D．由v＝知，L增大时，T不变，v变大，D正确。

故选ABD。

14．如图所示的装置可用于研究弹簧振子的受迫振动，砝码和轻弹簧构成弹簧振子。匀速转动把手时，曲杆给弹簧振子一驱动力，使振子做受迫振动，把手匀速转动的周期就是驱动力的周期，改变把手匀速转动的速度就可以改变驱动力的周期。若保持把手不动，给砝码一向下的初速度，砝码便做简谐运动，振动图象如图甲所示。当把手以某一速度匀速转动，受迫振动达到稳定时，砝码的振动图象如图乙所示。若用T0表示弹簧振子的固有周期，T表示驱动力的周期，y表示受迫振动达到稳定后砝码振动的振幅。则（　　）

A．由图线可知T0＝4 s

B．由图线可知T0＝8 s

C．当T在4 s附近时，y显著增大；当T比4 s小得多或大得多时，y很小

D．当T在8 s附近时，y显著增大；当T比8 s小得多或大得多时，y很小

【答案】AC

【详解】AB．若保持把手不动，砝码以一定的初速度做简谐振动，这时为自由振动，题中图甲为砝码的自由振动图象，由图读出固有周期为T0＝4s，B错误，A正确；

CD．当把手以某一速度匀速转动时，砝码做受迫振动，此时砝码振动的周期T等于驱动力的周期，题中图乙为砝码做受迫振动的图象，由图读出驱动力周期为T＝8s当驱动力的周期越靠近砝码的固有周期时，砝码的振动越强烈，振幅越大；当驱动力的周期越远离砝码的固有周期时，砝码的振动越弱，振幅越小，D错误，C正确。

故选AC。

15．甲、乙两位同学利用假期分别在两个地方做“用单摆测重力加速的实验”，回来后共同绘制了T2－L图象，如图甲中A、B所示，此外甲同学还顺便利用其实验的单摆探究了受迫振动，并绘制了单摆的共振曲线，如图乙所示，那么下列说法中正确的是（　　）

A．单摆的固有周期由摆长和所处环境的重力加速度共同决定

B．由图甲分析可知A图象所对应的实验地点重力加速度较大

C．由图乙可知，甲同学探究受迫振动的单摆摆长为8cm

D．如果甲同学增大摆长，他得到的共振曲线的峰值将向左移动

【答案】AD

【详解】A．单摆的固有周期公式为，L为摆长，g为当地重力加速度，A正确；

B．根据可得所以T2­L图像的斜率为图甲中A图线的斜率大于B图线的斜率，故A图线对应的重力加速度较小，B错误；

C．由图乙可知，当驱动力的频率为0.5Hz时，摆球发生共振，故系统的固有频率为0.5Hz，固有周期为

根据解得摆长为，C错误；

D．根据公式若在同一地点增大摆长，则单摆固有周期变大，固有频率变小，则发生共振时的驱动力频率变小，共振曲线的峰向左移动，D正确。

故选AD。

16．（2021浙江卷）为了提高松树上松果的采摘率和工作效率，工程技术人员利用松果的惯性发明了用打击杆、振动器使松果落下的两种装置，如图甲、乙所示。则（　　）

A．针对不同树木，落果效果最好的振动频率可能不同

B．随着振动器频率的增加，树干振动的幅度一定增大

C．打击杆对不同粗细树干打击结束后，树干的振动频率相同

D．稳定后，不同粗细树干的振动频率始终与振动器的振动频率相同

【答案】AD

【详解】A．根据共振的条件，当振动器的频率等于树木的固有频率时产生共振，此时落果效果最好，而不同的树木的固有频率不同，针对不同树木，落果效果最好的振动频率可能不同，选项A正确；

B．当振动器的振动频率等于树木的固有频率时产生共振，此时树干的振幅最大，则随着振动器频率的增加，树干振动的幅度不一定增大，选项B错误；

C．打击结束后，树干做阻尼振动，阻尼振动的频率小于树干的固有频率，振动过程中频率不变，粗细不同的树干，固有频率不同，则打击结束后，粗细不同的树干频率可能不同，选项C错误；

D．树干在振动器的振动下做受迫振动，则稳定后，不同粗细树干的振动频率始终与振动器的振动频率相同，选项D正确。

故选AD。