题文
如图所示,在曲轴A上悬挂一个弹簧振子,如果转动把手B上的曲轴可以带动弹簧振子上下振动,问:
(1)开始时不转动把手,而用手往下拉振子,然后放手让振子上下振动,测得振子在10 s内完成20次全振动,求其固有周期和固有频率各是多少?若考虑摩擦和空气阻力,振子做什么振动?
(2)在振子正常振动过程中,以转速4 r/s匀速转动把手,振子的振动稳定后,振子做什么运动?其周期是多少?
题型:未知 难度:其他题型
答案
解:(1)用手下拉振子使振子获得了一定能量,放手后,振子做自由振动;因其所受回复力与位移成正比,方向与位移的方向相反(F=-kx),所以属于简谐运动,其周期和频率是由它本身的结构性质决定的,故周期称固有周期(T固),频率称固有频率(f固),根据题意
T固=
s=0.5 s
f固=
Hz=2 Hz
由于摩擦和空气阻力的存在,振子克服摩擦力和空气阻力做功消耗能量,使其振幅越来越小,故振动成为阻尼振动
(2)由于把手转动的转速为4 r/s,它给弹簧振子的驱动力的频率为f驱=4 Hz,周期T驱=0.25 s,故振子做受迫振动,振动达稳定状态后,其频率(或周期)等于驱动力的频率(或周期),因跟固有频率(或周期)无关,即f=f驱=4 Hz,T=T驱=0.25 s。又因为振子做受迫振动得到驱动力对它做的功,补偿了振子克服摩擦力和阻力做功所消耗的能量,所以振子的振动必属于无阻尼振动,可见,无阻尼振动并不是不受到阻力作用的
解析
该题暂无解析
考点
据考高分专家说,试题“如图所示,在曲轴A上悬挂一个.....”主要考查你对 [阻尼振动 ]考点的理解。
阻尼振动
阻尼振动:
1.概念:阻尼振动亦称减幅振动,是指振动物体克服摩擦和其他阻力做了功,它自己的能量逐渐减小,振幅也随着变小。振幅逐渐减小的振动叫阻尼振动
2.振动图像:
3.受力及能量:受到阻力作用,即有阻尼。振动物体的能量逐渐减小
4.备注:
(1)简谐运动是一种理想化的模型,物体运动过程中一切阻力都忽略不计,是一种无阻尼振动;阻尼振动是考虑阻力影响的振动,是更为实际的一种运动
(2)物体做阻尼振动时,振幅不断减小,但振动的频率仍由自身结构决定,并不会随振幅的减小而变化
无阻尼振动:
1.概念:无阻尼振动亦称等幅振动,是指振动物体从外界取得能量,恰好补偿了它的能量损耗,这时它的振幅将保持不变,例如时钟上钟摆的振动
2.振动图像:
3.受力及能量:不一定是不受阻力,一般情况是物体从外界获得的能量恰好补充了能量的损失



