第5节 生活中的振动

第5节生活中的振动一、阻尼振动1．填一填(1)自由振动：振动物体偏离平衡位置后，仅在

作用下的振动。(2)阻尼振动

①阻尼：当振动系统受到

作用时，振动受到了阻尼。

②阻尼振动：

不断减小的振动，如图所示。回复力阻力振幅2．判一判(1)阻尼振动振幅逐渐减小是回复力的效果。

()(2)振动物体克服阻力做功，机械能不断减小。

()(3)减震器的作用是增大阻力，使振动很快停止。

()×√√3．选一选一单摆做阻尼振动，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，周期减小解析：因单摆做阻尼振动，根据阻尼振动的定义可知，其振幅越来越小。而单摆振动过程中的周期是其固有周期，是由本身特点决定的，是不变的，故A、D项错误，B项正确；又因单摆做阻尼振动过程中，振幅逐渐减小，振动的能量也在减少，即机械能在减少，所以C项错误。答案:B

二、受迫振动与共振1．填一填(1)驱动力：为了获得稳定的振动，需要给振动物体施加一个

的外力，称为驱动力。(2)受迫振动：在

作用下产生的振动。(3)物体做受迫振动时，振动稳定后的周期(或频率)总等于

的周期(或频率)，与物体的

(或

)无关。周期性周期性外力驱动力固有周期固有频率(4)共振

①条件：驱动力的周期(或频率)

物体的固有周期(或固有频率)。

②特征：在受迫振动中，共振时受迫振动的

达到最大。

③共振曲线：如图所示。2．判一判(1)驱动力的周期对物体振动的周期没有影响。

()(2)物体做受迫振动时，振动稳定后的状态叫作共振。

()(3)受迫振动中，共振时振幅最大。

()等于振幅××√3．想一想如图，铁架横梁上挂着几个摆长不同的摆。其中，A与D、G的摆长相同，D的摆球质量大于其他摆球。使D摆偏离平衡位置后释放，D摆在振动中通过横梁对其他几个摆施加周期性的驱动力。在振动稳定后比较各球的振幅，会看到哪几个球的振幅较大？为什么？提示：A球和G球振幅较大。因为A球和G球摆长和D球摆长相等，固有频率等于驱动力频率，发生了共振现象。三、共振的应用与防止1．填一填(1)共振的应用

①路面共振破碎机通过调节振动锤头的

，使其等于或接近水泥路面的

，使锤头下的路面产生

而被击碎。

②音叉共鸣箱是让音叉的振动和箱内的空气柱产生

。(2)共振的防止

①轮船航行时，受到周期性的海浪冲击而摆动，海浪冲击力的频率与轮船的固有频率

，就会发生共振，轮船可能会剧烈摇摆甚至倾覆。防止这种现象发生的方法是改变轮船的

和

。振动频率固有频率共振共振相同航向速率②集体列队经过桥梁时要

，防止周期性的驱动力使桥梁发生共振。③车床、磨床、电锯等工作时会伴随不同程度的振动，要防止

现象的发生。④人体接近振动源时，应该设法防止

对身体造成的不良影响。2．判一判(1)共鸣是一种声共振现象。

()(2)集体列队通过桥梁时，齐步走更安全。

()(3)洗衣机在工作时，电机的转速不同，机身振动的程度不同。

()便步走共振共振√×√3．想一想用扁担挑水时，有时桶里的水会荡得厉害，并从桶中溅出来，这是为什么？提示：人挑水时，通过扁担对水桶施加周期性的驱动力，当驱动力的频率等于桶里水的固有频率时，水发生共振，水的动荡就越来越厉害，并会从桶中溅出来。探究(一)

阻尼振动与简谐运动的比较[重难释解]1．简谐运动是一种理想化的模型，物体运动过程中的一切阻力都不考虑。2．阻尼振动考虑阻力的影响，是更接近实际的一种运动。振动类型比较项目阻尼振动简谐运动产生原因受到阻力作用不受阻力作用振幅如果没有能量补充，物体的振幅会越来越小振幅不变振动能量有损失保持不变振动频率不变不变振动图像实例汽车上的减震器的振动弹簧振子在光滑面上的运动3．阻尼振动与简谐运动的比较：(多选)如图所示是单摆做阻尼振动的振动图线，下列说法中正确的是(

)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[解析]单摆做阻尼振动，因此其机械能不断减小，选项D正确，C错误；由题图看出A、B两时刻单摆的位移相同，即在同一位置，故势能相同，选项B正确；因机械能越来越小，所以B时刻的动能小于A时刻的动能，选项A错误。[答案]

BD[素养训练]1．自由摆动的秋千，摆动的振幅越来越小，对于这一过程，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解析：自由摆动的秋千可以看作阻尼振动的模型，振动系统中的能量转化也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，与外界时刻进行能量交换。系统由于受到阻力，消耗系统能量做功，而使振动的能量不断减小，但总能量守恒。答案:C

2．(多选)将测力传感器接到计算机上可以测量快速变化的力，将单摆挂在测力传感器的探头上，测力探头与计算机连接，用此方法测得的单摆摆动过程中摆线上拉力的大小随时间变化的曲线如图所示，g取10m/s2。某同学由此图像提供的信息做出了下列判断，其中正确的是

(

)A．摆球的周期T＝0.5sB．单摆的摆长l＝1mC．t＝0.5s时摆球正经过最低点D．摆球运动过程中周期越来越小探究(二)

受迫振动和共振[问题驱动]如图所示，两个弹簧振子悬挂在同一个支架上，已知甲弹簧振子的固有频率为8Hz，乙弹簧振子的固有频率为72Hz，支架受到竖直方向且频率为9Hz的驱动力作用而做受迫振动。两个弹簧振子的振动情况是怎样？提示：支架在受到竖直方向且频率为9Hz的驱动力作用下做受迫振动时，甲、乙两个弹簧振子都做受迫振动，它们振动的频率都等于驱动力的频率9Hz，由于甲的固有频率接近于驱动力的频率，所以甲的振幅较大。

[重难释解]1．受迫振动与共振的关系共振是受迫振动的一种特殊形式，当驱动力的周期(或频率)与物体的固有周期(或频率)相等时，受迫振动的振幅达到最大，此时的受迫振动即为共振。2．对共振条件的理解(1)从受力角度看：当振动物体所受驱动力的方向跟它的运动方向相同时，驱动力对它起加速作用，使它的振幅增大，当驱动力的频率等于物体的固有频率时，它的每一次作用都使物体的振幅增加，从而振幅达到最大。(2)从功能关系看：当驱动力的频率等于物体的固有频率时，驱动力始终对物体做正功，使振动能量不断增加，振幅不断增大，直到增加的能量等于克服阻尼作用损耗的能量，振幅才不再增加。3．对共振曲线的理解

如图所示。(1)两坐标轴的意义：

纵轴：受迫振动的振幅。

横轴：驱动力频率。(2)f0的意义：表示固有频率。(3)认识曲线形状：f＝f0，共振；f>f0或f<f0，振幅较小；f与f0相差越大，振幅越小。(4)结论：驱动力的频率f越接近振动系统的固有频率f0，受迫振动的振幅越大，反之振幅越小。

为了交通安全，常在公路上设置如图所示的减速带，减速带使路面稍微拱起以达到车辆减速的目的。一排等间距设置的减速带，可有效降低车速，称为洗衣板效应。如果某路面上的减速带的间距为1.5m，一辆固有频率为2Hz的汽车匀速驶过这排减速带，下列说法正确的是

(

)A．当汽车以5m/s的速度行驶时，其振动频率为2HzB．当汽车以3m/s的速度行驶时最不颠簸C．当汽车以3m/s的速度行驶时颠簸得最厉害D．汽车速度越大，颠簸得就越厉害

一个单摆做受迫振动，其共振曲线(振幅A与驱动力的频率f的关系)如图所示，则

(

)A．此单摆的摆长约为1mB．此单摆的固有周期约为0.5sC．若摆长增大，单摆的固有频率增大D．若摆长增大，共振曲线的峰值将向右移动分析共振问题的方法(1)在分析解答有关共振问题时，要抓住产生共振的条件：驱动力的频率等于固有频率，此时振动的振幅最大。(2)在分析有关共振的实际问题时，要抽象出受迫振动这一物理模型，弄清驱动力频率和固有频率，然后利用共振的条件进行求解。

[素养训练]1．如图所示，在曲轴上悬挂一弹簧振子，转动摇把，曲轴可以带动弹簧振子上下振动。开始时不转动摇把，让振子自由上下振动，测得其频率为2Hz；然后以60r/min的转速匀速转动摇把，当振子振动稳定时，它的振动周期为

(

)A．0.25s

B．0.5sC．1s D．2s解析：弹簧振子受摇把的作用而振动，做受迫振动，所以其振动的周期等于驱动力的周期，故C正确。答案:C

2．(多选)如图所示，两个质量分别为M和m的小球，悬挂在同一根水平细线上，当M在垂直于水平细线的平面内摆动时，下列说法正确的是

(

)A．两摆的振动周期是相同的B．当两摆的摆长相等时，m摆的振幅最大C．悬挂M的竖直细线长度变化时，m的振幅不变D．m摆的振幅可能超过M摆的振幅3．在火车车厢里吊着一摆长为0.5m的单摆，当行驶着的火车车轮接触到两根钢轨接合处的缝隙时，就受到一次撞击而使车厢振动，每根钢轨的长度是12.5m，那么当火车的速度为多大时，单摆振动的振幅最大？(重力加速度g取9.8m/s2)一、培养创新意识和创新思维(选自人教版新教材课后练习)如图是一个单摆的共振曲线。(1)试估计此单摆的摆长。(2)若摆长增大，共振曲线振幅最大值所对应的横坐标将怎样变化？二、注重学以致用和思维建模1．部队经过桥梁时，规定不许齐步走，登山运动员登高山时(高山上有积雪)，不许高声叫喊，主要原因是

(

)A．减轻对桥的压力，避免产生回声B．减小对桥、高山的冲力C．避免使桥、积雪发生共振D．使桥受到的压力均匀，使登山运动员耗散能量减小解析：部队过桥时如果齐步走，会给桥梁施加周期性的外力，容易使桥梁的振动幅度增加，可能发生共振，造成桥梁倒塌。登山运动员登高山时(高山上有常年积雪，高山内部温度较高，有部分雪融化成了水，对覆雪起了润滑作用)高声叫喊，声波容易引起积雪共振从而发生雪崩，故应选C。答案:C

2．(选自人教版新教材课后练习)如图，张紧的水平绳上吊着A、B、C三个小球。B球靠近A球，但两者的悬线