2.6 受迫振动 共振【帮课堂】2021-2022学年高二物理同步精品讲义（人教版2019选择性必修第一册）

2.6 受迫振动 共振 课程标准 课标解读 1.通过生活实例，理解固有振动和固有频率的概念。 2.通过类比的方法，理解共振的概念及其形成的条件。 3.通过实例分析，掌握共振的利用和防止措施。 1.知道受迫振动的概念，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. 2.理解共振的概念，知道常见的共振的应用和危害． 知识点01 振动中的能量损失 1．固有振动 如果振动系统不受外力的作用，此时的振动叫作固有振动，其振动频率称为固有频率． 2．阻尼振动 (1)阻力作用下的振动 当振动系统受到阻力的作用时，振动受到了阻尼，系统克服阻尼的作用要做功，消耗机械能，因而振幅减小，最后停下来． (2)阻尼振动 振幅随时间逐渐减小的振动．振动系统受到的阻尼越大，振幅减小得越快，阻尼振动的图像如图所示，振幅越来越小，最后停止振动． 【即学即练1】(多选)对于阻尼振动，下列说法正确的是(　　) A． 阻尼振动就是减幅振动，其振动的能量不断减少 B． 实际的振动系统不可避免地要受到阻尼作用 C． 阻尼振动的振幅、振动能量、振动周期逐渐减小 D． 对做阻尼振动的振子来说，其机械能逐渐转化为内能 【答案】ABD 【解析】振动系统的振动频率与本身的结构有关，为固有频率，所以在阻尼振动中，振幅减小，振动能量减少，最终转化为内能，但周期不变，故A、D正确，C错误．实际的振动系统都要受到摩擦或空气阻力等阻尼作用，故B正确． 知识点02 受迫振动、共振 1．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：振动系统在驱动力作用下的振动． (3)受迫振动的频率：做受迫振动的系统振动稳定后，其振动频率等于驱动力的频率，跟系统的固有频率没有关系． 2.共振 (1)定义：当驱动力的频率等于振动物体的固有频率时，物体做受迫振动的振幅达到最大值的现象． (2)条件：驱动力频率等于系统的固有频率． (3)特征：共振时受迫振动的振幅最大． (4)共振曲线：如图所示．表示受迫振动的振幅A与驱动力频率f的关系图像，图中f0为振动物体的固有频率． 【即学即练2】(多选)有甲、乙、丙三个质量相同的单摆，它们的固有频率分别为f、4f、5f，都在频率为4f的同一驱动力作用下做受迫振动，比较这三个单摆(　　) A． 它们的振幅相同 B． 乙的振幅最大 C． 它们的振动频率都是4f D． 甲、乙、丙的振动频率分别为f、4f、5f 【答案】BC 【解析】受迫振动的频率等于驱动力的频率，当系统的固有频率等于驱动力的频率时，系统产生共振，振幅最大．因此甲、乙、丙的振动频率都是4f，且乙的振幅最大，所以B、C正确，A、D错误． 考法01振动中的能量损失 1．对阻尼振动的理解 (1)同一简谐运动能量的大小由振幅的大小确定． (2)阻尼振动中振幅减小的快慢跟所受阻尼的大小有关，阻尼越大，振幅减小得越快． (3)物体做阻尼振动时，振幅虽不断减小，但振动的频率仍由自身结构特点所决定，并不会随振幅的减小而变化．例如，用力敲锣，由于锣受到空气的阻尼作用，振幅越来越小，锣声减弱，但音调不变． (4)阻尼振动若在一段不太长的时间内振幅没有明显的减小，可以把它当作简谐运动来处理． 2．阻尼振动和无阻尼振动的比较 振动类型 比较内容 阻尼振动 无阻尼振动 产生条件 　受到阻力作用 不受阻力作用或受到阻力作用，但外界补充能量 振幅 如果没有能量补充，物体的振幅会越来越小 　振幅不变 振动图像 实例 用锤敲锣，由于锣的振动，发出响亮的锣声，但锣声越来越弱，振幅越来越小，属阻尼振动 弹簧振子的振动，单摆的振动 【典例1】如图所示是单摆做阻尼运动的位移—时间图线，下列说法中正确的是(　　) A． 摆球在P与N时刻的势能相等 B． 摆球在P与N时刻的动能相等 C． 摆球在P与N时刻的机械能相等 D． 摆球在P时刻的机械能小于N时刻的机械能 【答案】A 【解析】由于摆球的势能大小由其位移和摆球质量共同决定，P、N两时刻位移大小相同，关于平衡位置对称，所以势能相等，A正确；由于系统机械能在减少，P、N时刻势能相同，则P处动能大于N处动能，故B、C、D错． 考法02共振及其产生的条件 1．共振的条件 驱动力的频率与物体的固有频率相等，即f＝f固． 2．共振曲线 如图所示，共振曲线的横坐标为驱动力的频率，纵坐标为受迫振动物体的振幅． 由共振曲线可知，当驱动力的频率与物体的固有频率相等时，受迫振动的振幅最大． 3．共振的利用与防止 (1)利用：由共振的条件知，要利用共振，就应尽量使驱动力的频率与物体的固有频率一致．如：共振筛、荡秋千、共振转速计等． (2)防止：由共振曲线可知，在需要防止共振危害时，要尽量使驱动力的频率