受迫振动与共振
1.受迫振动
物体在驱动力(既周期性外力)作用下的振动叫受迫振动。
⑴物体做受迫振动的频率等于驱动力的频率,与物体的固有频率无关。
⑵物体做受迫振动的振幅由驱动力频率和物体的固有频率共同决定:两者越接近,受迫振动的振幅越大,两者相差越大受迫振动的振幅越小。
2.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,这种现象叫共振。
要求会用共振解释现象,知道什么情况下要利用共振,什么情况下要防止共振。
(1)利用共振的有:共振筛、转速计、微波炉、打夯机、跳板跳水、打秋千……
(2)防止共振的有:机床底座、航海、军队过桥、高层建筑、火车车厢……
【例3】 把一个筛子用四根弹簧支起来,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。不开电动机让这个筛子自由振动时,完成20次全振动用15s;在某电压下,电动偏心轮的转速是88r/min。已知增大电动偏心轮的电压可以使其转速提高,而增加筛子的总质量可以增大筛子的固有周期。为使共振筛的振幅增大,以下做法正确的是
A.降低输入电压 B.提高输入电压
C.增加筛子质量 D.减小筛子质量
解析:筛子的固有频率为f固=4/3Hz,而当时的驱动力频率为f驱=88/60Hz,即f固< f驱。为了达到振幅增大,应该减小这两个频率差,所以应该增大固有频率或减小驱动力频率。本题应选AD。
【例4】 一物体做受迫振动,驱动力的频率小于该物体的固有频率。当驱动力的频率逐渐增大时,该物体的振幅将:()
A.逐渐增大 B.先逐渐减小后逐渐增大;
C.逐渐减小 D.先逐渐增大后逐渐减小
解析:此题可以由受迫振动的共振曲线图来判断。
受迫振动中物体振幅的大小和驱动力频率与系统固有频率之差有关。驱动力的频率越接近系统的固有频率,驱动力与固有频率的差值越小,作受迫振动的振子的振幅就越大。当外加驱动力频率等于系统固有频率时,振动物体发生共振,振幅最大。 由共振曲线可以看出,当驱动力的频率小于该物体的固有频率时,增大驱动力频率,振幅增大,直到驱动力频率等于系统固有频率时,振动物体发生共振,振幅最大。在此之后若再增大驱动力频率,则振动物体的振幅减小。所以本题的正确答案为D。