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第六节 受迫动 共振
第六节 受迫振动 共振
知识要点:
一、受迫振动
驱动力:作用在物体上的周期性的外力叫做驱动力。
受迫振动:物体在外界红色动力作用下的振动叫做受迫振动。
特点:
物体做受迫振动时的振动频率等于驱动力的频率,而与物体的固有频率无关。
物体做受迫振动的振幅与驱动力的频率和物体的固有频率有关,二者相差越小,物体做受迫振动的振幅越大。
二、共振
共振:当驱动力的频率跟物体的固有频率相等时,受迫振动的振幅最大,这种现象叫做共振。共振是受迫振动的一种特殊情况,声音是共振现象通常叫做共呜。
共振产生的条件:驱动力频率等于物体的固有频率。
共振曲线:受迫振动的振幅A与驱动力的频率f的关系曲
线叫做共振曲线。如图9-52所示,可见:
当f驱=f固时,A=Am,振幅最大,发生共振。
f驱与f固差别越大,物体做受迫振动的振幅A越小。 图9-52
共振的利用和防止:
利用共振时,就要创造条件使驱动力的频率接近或等于物体的固有频率。例如:共振筛,共振测速等。
要防止共振出现时,就要控制驱动力的频率,使之远离物体的固有频率。
典型例题:
例1、如图9-53所示,曲轴上悬挂一弹簧振子,开始时不转动摇把,
让振子自由振动,测得其频率为2Hz,然后匀速转动摇把,转
速为240r/min,当振子振动稳定时,其振动周期为_______s。
解析:振子做受迫振动,其频率等于驱动力的频率,很明显摇把转
1周,振子被策动1次,所以振子的周期等于匀速转动的周期, 图9-53
即1min/240r=60s/240r=0.25s。
例2、如图9-54所示,A、B、C为三个悬挂在水平细绳上的三
个单摆,A的质量炎2m,摆长为L;B的质量为m,摆长,
为2LC的质量为m,摆重工业L,当A振动起来后,通过
水平挂绳迫使B,C振动,则下列说法中正确的是( )
A.A,B,C三个单摆的振动周期相同;
B.只有A,C两个单摆的振动周期相同;
C.B的振幅比C小;
D.A,B,C三个单摆的振幅相同。 图9-54
解析:单摆A以T=2π√L/g的周期振动时,对水平悬线产生一个以T=2π√L/g周期性变化的作用力,悬线又以相同的周期对B,C提供驱动力,使B,C发生受迫振动,根据受迫振动的特点,受迫振动的周期与物体的固有周期无关,等于驱动力周期,所以A,B,C以相同的周期T=2π√L/g振动。故A正确,B错误。又由于C的固有周期与驱动力周期相同,所以C发生共振,其振幅比B的振幅大,故C正确,D错误。
答案:AC。
例3、在火车车厢里用悬线吊着一个小球,由于在铁轨接合外的震动使球摆动,如果铁轨长12.5m,线长40cm,那么当火车速度达________m/s时,球摆动的振由最大?
解析:由共振条件f驱=f固,得T驱=T固,而T驱=L/v,T固=2π√L0/g,
所以L/v=2π√L0/g,∴v=(L/2π)√g/L0≈10m/s。
例4、如图9-55所示为一单摆的共振曲线,则该单摆的摆长约为
多长?共振时单摆的振幅多大?共振时摆球的最大加速度和
最大速度的大小各为多大?
解析:从共振曲线可知:单摆的固有振动频率f=0.5Hz,
而f=(1/2π)√g/L,所以L=g/4π2f 2=1m。 图9-55
从共振曲线可知,单摆发生共振时,Am=8cm,设单摆的最大
偏角为θ,摆球所能达到的最大高度为h,由机械能守恒定律,
得:mvm2/2=mgh,其中h=L(1-cosθ)
而(1-cosθ)=2sin2θ/2=A2/2L2,(θ很小)
故vm=A√g/L=0.25m/s
摆球在最高点时加速度最大,则mgsinθ=ma,
∴a=gsinθ=gA/L=0.8m/s2。
同步训练:
知识掌握
1、物体在__________外力作用下的振动叫做受迫振动,这种外力叫做_________力,受迫振动的例子有___________________,___________________等
2、受迫振动的周期( )
A.跟物体的固有周期相等;
B.跟驱动力的周期相等;
C.跟驱动力的大小有关;
D.跟驱动力的周期及物体的固有周期都有关。
3、共振现象是( )
A.发生在受迫振动中,驱动力的频率远大于物体的固有频率,振幅最大;
B.发生在简谐运动中,驱动力频率等于物体固有频率,振幅最大;
C.发生在受迫振动中,驱动力的频率等于物体的固有频率,振幅最大;
D.发生在受迫振动中,驱动力的频率远小于物体的固有频率,振幅最大。
4、图9-56为物体受迫振动的共振曲线,其纵坐标表示( )
A.物体在不同时刻的振幅;
B.物体在不同时刻的位移;
C.物体在不同驱动力频率下的振幅;
D.物体
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