(教用word)第2章 第5节 生活中的振动-【提分教练】2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第一册(鲁科版2019)

第5节　生活中的振动 学业要求＋核心素养 1．了解受迫振动、阻尼振动、固有频率的概念。(物理观念) 2．知道受迫振动的频率由驱动力的频率决定。(物理观念) 3．了解共振的概念，并会利用共振曲线处理实际问题。(科学思维) 一、阻尼振动 1．基础梳理 (1)固有频率：如果振动系统不受外力的作用，此时的振动称为固有振动，其振动频率称为固有频率。 (2)阻尼：即阻力作用，通常包括摩擦力或其他阻力。 (3)阻尼振动：振幅不断减小的振动。 2．尝试探究 在研究弹簧振子和单摆振动时，我们强调忽略阻力的影响，它们做的振动都属于简谐运动。在实验室中让一个弹簧振子振动起来，观察它的振幅实际是怎样变化的？你知道是什么原因造成的吗？ 提示：振幅逐渐减小；阻力阻碍了振子的运动，使振子的机械能转化为内能。 二、受迫振动与共振 1．基础梳理 (1)驱动力：作用于振动系统的周期性的外力。 (2)受迫振动：振动系统在驱动力作用下的振动。 (3)受迫振动的频率：受迫振动的频率等于驱动力的频率，与系统的固有频率无关。 (4)共振 ①条件：驱动力频率f等于系统的固有频率f固。 ②特征：共振时受迫振动的振幅最大。 ③共振曲线：如图所示。 2．尝试探究 (1)受迫振动 如图所示的实验装置为一挂在曲轴上的弹簧振子，匀速摇动手柄，下面的弹簧振子就会振动起来。实际动手做一下，然后回答以下几个问题。 ①如果手柄不动而用手拉动一下振子，从振幅角度看弹簧振子的振动属于什么振动？ 提示：阻尼振动。 ②从没有系统外力作用角度看弹簧振子的振动属于什么振动？ 提示：固有振动。 ③手柄匀速摇动时，观察到振幅有什么变化？为什么？ 提示：振幅不变。提供系统外力，补偿系统损失的能量。 ④用不同的转速匀速转动把手，弹簧振子的振动有何不同？这能说明什么问题？ 提示：转速大时弹簧振子振动得快。说明受迫振动的周期和频率由手柄转速决定。 (2)共振 如图所示，在一根张紧的绳子上挂几个单摆，其中A、B两摆的摆长相等，当A摆振动时，通过张紧的绳子给其他各摆施加驱动力，使其余各摆也开始振动。 ①其余单摆的摆动属于什么类型的振动？ 提示：受迫振动。 ②该实验中驱动力的频率等于什么？ 提示：驱动力的频率等于A摆的频率。 ③B、C、D摆振动的频率是否相等？ 提示：频率相等，都等于A摆的频率。 ④三者的振幅哪个较大？为什么？ 提示：B摆的振幅较大。因为驱动力的频率等于B摆的固有频率，B摆受迫振动的振幅最大，即发生了共振。 1．判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)阻尼振动是减幅振动。 ( √ ) (2)实际的振动系统不可避免地要受到阻尼作用。 ( √ ) (3)用重锤敲击一下悬吊着的钟后，钟的摆动是受迫振动。 (　　) ×　提示：用重锤敲击钟后，钟的摆动是阻尼振动。 2．下列各种振动中，不是受迫振动的是(　　) A．敲击后的锣面的振动 B．缝纫机针的振动 C．人挑担子时，担子上下振动 D．蜻蜓、蝴蝶翅膀的振动 A　解析：A选项中锣面的振动是阻尼振动，而选项B、C、D中物体的振动是在驱动力作用下的振动，是受迫振动，选项A符合要求。 3．一列队伍过桥时，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 D　解析：部队过桥时，战士整齐的步伐会给桥一个周期性的驱动力，使桥做受迫振动。当该驱动力的周期(或频率)与桥的固有周期(或频率)一致时，会使桥面振幅达到最大，形成共振，对桥造成损坏，因此部队过桥时不能齐步走，故选项D正确。 4．(多选)下列说法正确的是(　　) A．实际的自由振动必然是阻尼振动 B．在外力作用下的振动是受迫振动 C．阻尼振动的振幅越来越小 D．受迫振动稳定后频率与自身物理条件无关 ACD　解析：实际的自由振动，必须不断克服外界阻力做功而消耗能量，振幅会逐渐减小，必然是阻尼振动，故选项A、C正确；只有在周期性外力(驱动力)的作用下，物体所做的振动才是受迫振动，选项B错误；受迫振动稳定后的频率由驱动力的频率决定，与自身物理条件无关，选项D正确。 5．在飞机的发展史中有一个阶段，飞机上天后不久，飞机的机翼很快就抖动起来，而且越抖越厉害。后来人们经过了艰苦的探索，利用在飞机机翼前缘处装置一个配重杆的方法解决了这一问题。在飞机机翼前缘处装置配重杆的目的主要是(　　) A．加大飞机的惯性　　　 B．使机体更加平衡 C．使机翼更加牢固 D．改变机翼的固有频率 D　解析：飞机抖动得厉害是因为发生了共振现象，想要解决这一问题，需要使系统的固有频率与驱动力的频率差距增大，在飞机机翼前缘处装置一个配重杆，改变的是机翼的固有频率，故选项D正确。 阻尼振动、受迫振动 某物理学习小组制作了一个实验装置，如图所示，在曲轴A上悬挂一个弹簧