5 外力作用下的振动 [学科素养与目标要求] 物理观念：1.知道什么是固有振动和阻尼振动，并能从能量的观点给予说明.2.知道受迫振动 的频率等于驱动力的频率，而跟振动物体的固有频率无关.3.理解共振的概念，知道常见共振 的应用和危害. 科学思维：比较简谐运动、阻尼振动、受迫振动的关系，得到受迫振动频率等于驱动力的频 率的结论. 科学探究：通过做受迫振动的实验，使学生了解受迫振动的特点，体会受迫振动的相关概念 固有振动和固有频率 (1)固有振动：振动系统在不受外力作用下的振动. (2)固有频率：固有振动的频率. 2.阻尼振动 (1)阻尼：当振动系统受到阻力的作用时，振动受到了阻尼. (2)阻尼振动：振幅逐渐减小的振动，如图1 所示. 图1 二、受迫振动 1.驱动力 作用于振动系统的周期性的外力. 2.受迫振动 (1)定义：系统在驱动力作用下的振动. (2)受迫振动的频率(周期) 做 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？ (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？ (3)手柄匀速摇动时，观察到振幅有什么变化？为什么？ (4)用不同的转速匀速转动手柄，弹簧振子的振动有何不同？这能说明什么问题？ 答案 (1)阻尼振动 (2)固有振动

受力平衡，有qBv＝q，可得UAB＝Bvd，故C、D 正确． 三、电磁流量计 如图6 甲、乙所示是电磁流量计的示意图． 图6 设管的直径为D，磁感应强度为B，a、b 两点间的电势差是由于导电液体中电荷受到洛伦兹 力作用，在管壁的上、下两侧堆积产生的．到一定程度后，a、b 两点间的电势差达到稳定 值U，上、下两侧堆积的电荷不再增多，此时，洛伦兹力和电场力平衡，有qvB＝qE＝q， 所以v＝，又圆管的横截面积S＝πD2，故流量Q＝Sv＝ 场方向垂直于纸面向里，大小为B，导电液体中的自由电荷(正、负离子)在洛伦兹力作用下 偏转，a、b 间出现电势差．当自由电荷所受电场力和洛伦兹力平衡时，a、b 间的电势差就 稳定为U，则( ) 图7 A．电势a 高b 低 B．电势b 高a 低 C．流量Q＝ D．流量Q＝ 答案 BC 解析 根据左手定则可知，导电液体中的正离子在洛伦兹力作用下向下偏转，负离子在洛伦 兹力作用下向上偏转，则a 点电势低，b 点电势高，故A B．若v0>，电子沿轨迹Ⅱ运动，出场区时速度vv0 D．若v0<，电子沿轨迹Ⅱ运动，出场区时速度v力作用，由左手定则判断可知，洛伦 兹力方向向下，而电场力方向向上．若v0>，则qv0B>qE，即洛伦兹力大于电场力，电子向 下偏转，沿轨迹Ⅱ运动，洛伦兹力不做功，而电场力对电子做负功，动能减小，速度减小，

[学习目标] 1.会用左手定则判断安培力的方向和导体的运动方向.2.会分析在安培力作用下 的平衡问题.3.会结合牛顿第二定律求导体棒的瞬时加速度． 一、安培力作用下导体运动的判断 电流元法 把整段导线分为许多段直电流元，先用左手定则判断每段电流元受力的方向， 然后判断整段导线所受合力的方向，从而确定导线运动方向 等效法 环形电流可等效成小磁针，通电螺线管可等效成条形磁体或多个环形电流，反 导线将( ) 图2 A．顺时针方向转动，同时靠近导线AB B．顺时针方向转动，同时离开导线AB C．逆时针方向转动，同时离开导线AB D．逆时针方向转动，同时靠近导线AB 答案 D 二、安培力作用下的平衡 质量为m、长为L 的直导体棒放置于四分之一光滑绝缘圆弧轨道上，整个装置处于 方向竖直向上、磁感应强度大小为B 的匀强磁场中，直导体棒中通有恒定电流，平衡时导 体棒与圆弧圆心的连线与竖直方向成60°角，其截面图如图3 A 所以通过ab 杆的电流范围是0.14 A≤I≤0.46 A. 安培力作用下综合问题的分析方法 1．安培力作用下平衡问题的解题步骤： (1)先进行受力分析，画出受力分析图，有时需要将立体图转换为平面图； (2)根据共点力平衡的条件列出平衡方程进行求解． 注意：在受力分析过程中不要漏掉了安培力． 2．安培力作用下的加速问题与动力学问题一样，关键是做好受力分析，然后根据牛顿第二 定律求出加速度，最后利用运动学公式求解．

1．对于明显形变的情况，可以根据弹力产生的条件直接进行判断． 2．对于形变不明显的情况，可利用假设法进行判断． (1)假设无弹力：假设撤去接触面，看物体还能否在原位置保持原来的状态，若能保持原来 的状态，则说明物体间无弹力作用；否则，有弹力作用． (2)假设有弹力：假设接触物体间有弹力，画出假设状态下的受力示意图，判断受力情况与 所处状态是否矛盾，若矛盾， 则不存在弹力；若不矛盾，则存在弹力． 如图1，接触面光滑，若A 处有弹力，则无法使球处于静止状态，故A 节学习)判断弹力是否存在． (多选)如图所示，各接触面是光滑的，A、B 处于静止状态，则A、B 间无弹力作用 的是( ) 答案 AC 解析 判断物体之间是否存在弹力，我们可以利用假设法：假设物体间存在弹力，看看物体 是否能保持原来的状态；或者用消除法：假设拿走其中一个物体，如果另一个物体会发生运 动，则说明两者之间必然存在弹力作用．对于A、C 来说，如果我们假设物体A 和B 之间存 在弹力，A、C 选项中 2．F－x 图像是一条过原点的倾斜直线(如图2 所示)，直线的斜率表示弹簧的劲度系数k.即k ＝. 图2 3．胡克定律的适用条件：弹簧在弹性限度内发生形变． 一根轻质弹簧在10.0 N 的拉力作用下，其长度由原来的5.00 cm 伸长为6.00 cm.求： (弹簧始终在弹性限度内) (1)当这根弹簧长度为4.20 cm 时，弹簧受到的压力多大； (2)当弹簧受到15.0 N 的拉力时，弹簧的长度是多少．

【解析】本题考查探究杠杆平衡条件的实验。(1)由图可知，杠杆向右下倾斜，要使杠杆在水平位置平 衡，应将左端的平衡螺母向左调节。(2)为便于测量力臂，应使弹簧测力计拉力的方向竖直向 下，则拉力的力臂等于支点到拉力作用点的距离。(3)当弹簧测力计的示数达到量程仍不能使 杠杆水平平衡时，合理的操作有多种，如测力计拉力的位置向右移，换用量程较大的测力计， 减少左侧钩码的数量、左侧钩码的位置向右移，不使用测力计在右端直接挂钩码等均可达到 (2)根据图甲的实验，同学们还得出结论：只要满足“动力×动力作用点到支点的距离=阻 第 4 页 / 共 11 页 【答】(1) (2) 匀速;(3)667 16;(4) 物体上升的高度;(5) 物重;(6) 错误 4 、5 【解析】 本题是考查滑轮组机械效率的探究实验。(1) 前四组数据中，动力作用点移动的距 离s 是钩码上升高度的3 倍，所以物重应该由3 η=×100%=×100%=50% 。比较第4 、5 两次实验数据可知：当物重相 等时，乙滑轮组更省力，但乙滑轮组的机械效率反而低，由此证明“机械越 省力，它的机械效率越高”这句话是错误的。 力×阻力作用点到支点的距离”，杠杆就能平衡。 你认为这个结论是_ _______ 的。(选填“正确”或“错误”) b 如何用图乙的装置来验证你的观点？ 答：_ ______________

手指对钉帽的压力大于钉尖对墙壁的压力； 手指对钉帽的压强等于钉尖对墙壁的压强； D 钉尖对墙壁的压力和墙壁对钉尖的压力是相互作用力 知识点二、影响压力作用效果的因素 【实验目的】压力作用效果与哪些因素有关。 【实验原理】根据压力作用在物体上产生形变的大小来判断压力的作用效果。 【实验装置】 【实验步骤】1 照图甲那样，把小桌腿朝下放在泡沫塑料上；观察泡沫塑料被压下的 深度； 2 再把小桌翻过来，如图丙，观察泡沫塑料被压下的深度； 【实验表格】 【实验结论】受力面积一定时，压力越大，压力作用效果越明显；压力大小一定时， 受力面积越小，压力作用效果越明显。 ★方法技巧1 研究压力作用效果跟压力大小关系时，保持受力面积不变，改变压力的大小，观察 被压物体的形变程度；研究压力作用效果跟受力面积大小的关系时，保持压力大小不变，改变受力 面积大小，观察被压物体的形变程度，这里采用了控制变量法。 了控制变量法。 2 将压力的作用效果转换为海绵的凹陷程度，这里采用了转换法。被压海绵的凹陷得越深，压力作 用效果就越明显。 【典例2】如图甲、乙、丙所示，小明利用小桌、海绵、砝码等探究影响压力作用效 果的因素。 （1）本实验是通过观察________来比较压力作用效果的。实验中用到的研究方法有_ _______和转换法。 （2）通过比较图甲、乙，说明________，压力的作用效果越明显。

杠杆，其简化示意图如 图乙所示，请在乙图中画出： （1）花盆所受重力的示意图（'为其重心）； （2）杠杆平衡时作用在点的最小动力F。 【答】（1） ；（2） 【解析】 （1）花盆所受重力作用在重心上，方向竖直向下，重力示意图如下图所示： （2）由图中可知，花盆对杠杆的压力为阻力，因阻力与阻力臂不变，由杠杆的平衡条件可得，要使动力 最小，则动力臂应最大，由图可知，最大动力臂为，故过点作的垂线即为最小动力F 的中心，大家在充分观察和讨论之后，决定探究杠杆的平衡条件。 （1）小梅组提出的猜想是：动力+动力臂＝阻力+阻力臂；小亮组提出的猜想是：动力×动力臂＝阻力×阻 力臂；小明组提出的猜想是：“动力×支点到动力作用点的距离＝阻力×支点到阻力作用点的距离；小刚提 醒小梅组的同学，他们的猜想是错误的，其理由是______； （2）实验前没挂钩码时，杠杆的位置如图甲所示，此时杠杆是否平衡______（选填：“是”或“不 是”）； （4）小明用丁图中的装置完成了三次实验，根据表中的数据得出“动力×支点到动力作用点的距离＝阻力 ×支点到阻力作用点的距离”的结论验证了自己组的猜想，但与其他组交流讨论以后发现这一结论并不可 靠，请你对小明组的实验提出进一步改进措施______； 实验序号 动力F1 （） 支点到动力作用点 的距离L1（m） 阻力F2 （） 支点到阻力作用点 的距离L2（m） 1 2 1 1 2 2 4 2

下图为某地等高线和岩层地质界线示意图。读图完成10-11 题。 （北京）股份有限公司 10．图示地区主要的构造地貌类型和成因分别是（ ） A．背斜谷地 内力作用和外力作用 B．背斜山地 外力作用 C．向斜山地 内力作用和外力作用 D．向斜谷地 内力作用 11．图中四地符合实际的是（ ） A．甲处玄武岩的垂直高差可能是1190m B．乙处岩层中可能找到化石 C．丙处可能发育成为河流 共同作用下，河床产生落差而形成。随着时间的推移，瀑布最终消失。下图示意我国云台山世界地质公园 “云台天瀑”景观图、剖面及其形成过程图。（17 分） （北京）股份有限公司 （北京）股份有限公司 （1）从内力作用、外力作用和岩性等方面，分析“云台天瀑”的形成条件。（6 分） （2）结合图示，分析“云台天瀑”的形成过程。（8 分） （3）若“云台天瀑”最终消失，试推测其原因。（3 分） 18．读非洲局部图，回答下列问题，（22

下图为某地等高线和岩层地质界线示意图。读图完成10-11 题。 （北京）股份有限公司 10．图示地区主要的构造地貌类型和成因分别是（ ） A．背斜谷地 内力作用和外力作用 B．背斜山地 外力作用 C．向斜山地 内力作用和外力作用 D．向斜谷地 内力作用 11．图中四地符合实际的是（ ） A．甲处玄武岩的垂直高差可能是1190m B．乙处岩层中可能找到化石 C．丙处可能发育成为河流 共同作用下，河床产生落差而形成。随着时间的推移，瀑布最终消失。下图示意我国云台山世界地质公园 “云台天瀑”景观图、剖面及其形成过程图。（17 分） （北京）股份有限公司 （北京）股份有限公司 （1）从内力作用、外力作用和岩性等方面，分析“云台天瀑”的形成条件。（6 分） （2）结合图示，分析“云台天瀑”的形成过程。（8 分） （3）若“云台天瀑”最终消失，试推测其原因。（3 分） 18．读非洲局部图，回答下列问题，（22

支持力 D. 无法确定 8. 跳伞运动员在空中匀速下降时，他受到的力是（） A. 重力大于阻力 B. 重力小于阻力 C. 重力等于阻力 D. 只受重力作用 9. 以下哪组力是平衡力？（） A. 手拉弹簧的力和弹簧拉手的力 B. 磁铁吸引铁钉的力和铁钉吸引磁铁的力 C. 桌子对杯子的支持力和杯子对桌子的压力 C. 地球吸引月球的力和月球吸引地球的力 D. 静止在桌面的水杯所受重力和支持力 15. 关于平衡力与相互作用力，说法错误的是（） A. 平衡力作用在同一物体上 B. 相互作用力作用在不同物体上 C. 平衡力可以是不同性质的力 D. 相互作用力一定同时产生、同时消失 16. 下列现象中，物体运动状态未改变的是（） A. 匀速直线行驶的列车 B. 绕地球匀速转动的卫星 C. 加速起飞的飞机 D. 静止在讲台上的粉笔盒 17. 一个物体受两个力作用而静止，若撤去其中一个力，则物体（） A. 可能保持静止 B. 可能做匀速直线运动 C. 一定做加速运动 D. 运动状态一定改变 18. 两人用弹簧测力计水平拉同一物体（测力计示数相同），物体静