2.5 受迫振动　共振-2021-2022学年高二物理【步步高】学习笔记（粤教版2019选择性必修第一册）word

第五节　受迫振动　共振 [学习目标]　1.知道什么是等幅振动和阻尼振动，并能用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，知道共振常见的应用和危害． 一、阻尼振动　受迫振动 1．等幅振动 振幅不变的运动叫作等幅振动．它是一种机械能守恒的振动． 2．(1)阻尼振动： 振幅逐渐减小的振动． (2)阻尼振动的原因： 由于空气阻力和摩擦力等因素导致机械能逐渐耗散． 3．固有频率 (1)定义：物体的自由振动频率． (2)影响因素：固有频率只与它们自身的参数有关． 4．受迫振动 (1)定义：系统在外界驱动力作用下的振动． (2)受迫振动的频率(周期) 物体做受迫振动达到稳定后，其振动频率等于驱动力的频率，与系统的固有频率无关． 二、共振 1．定义 驱动力的频率f等于振动系统的固有频率f0时，受迫振动的振幅最大，这种现象称为共振． 2．共振曲线(如图1所示) 图1 3．共振的应用和防止 在利用共振时，应使驱动力的频率接近或者等于振动系统的固有频率； 在防止共振时，应使驱动力的频率与振动系统的固有频率保持一定差距． 1．判断下列说法的正误． (1)受迫振动的频率与振动系统的固有频率无关．(　√　) (2)驱动力频率越大，振幅越大．(　×　) (3)共振只有害处没有好处．(　×　) (4)做受迫振动的物体一定会发生共振．(　×　) (5)阻尼振动的频率随振幅的减小而不断减小．(　×　) 2．A、B两个弹簧振子，A的固有频率为f，B的固有频率为4f，若它们均在频率为f的驱动力作用下做受迫振动，则________的振幅较大，A的振动频率是________，B的振动频率是________． 答案　A　f　f 一、简谐运动、阻尼振动和受迫振动 导学探究　如图2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： 图2 (1)在不忽略空气阻力的情况下，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)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)转速大时弹簧振子振动得快，说明弹簧振子振动的周期和频率由手柄转速决定． 知识深化 三种振动的比较 振动类型 比较项目 简谐运动 阻尼振动 受迫振动 产生条件 不受阻力作用 受阻力作用 受阻力和驱动力作用 频率 有固有频率 频率不变 由驱动力的频率决定 振动图像 形状不确定 常见例子 弹簧振子或单摆 敲锣打鼓时发出的声音越来越弱 机器运转时底座发生的振动 (多选)如图3是摆球做阻尼振动的振动图像，下列说法正确的是(　　) 图3 A．振动过程中周期变小 B．振动过程中周期不变 C．摆球A时刻的势能等于B时刻的势能 D．摆球A时刻的动能等于B时刻的动能 答案　BC 解析　阻尼振动中，摆球的振幅逐渐减小，由于周期与振幅无关，故振动过程中周期不变，选项A错误，B正确；因A、B两时刻的位移相同，故摆球A时刻的势能等于B时刻的势能，选项C正确；由于振动的能量逐渐减小，故摆球A时刻的动能大于B时刻的动能，选项D错误． 如图4所示，曲轴上悬挂一弹簧振子，转动摇把，曲轴可以带动弹簧振子上下振动． 图4 (1)开始时不转动摇把，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，不考虑阻力，振子做什么振动？其固有周期和固有频率各是多少？若考虑阻力，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？ 答案　(1)简谐运动　0.5 s　2 Hz　阻尼振动　(2)受迫振动　0.25 s 解析　(1)用手往下拉振子，放手后，因振子所受回复力满足F＝－kx，所以做简谐运动，根据题意T固＝＝ s＝0.5 s，f固＝＝ Hz＝2 Hz，由于阻力的存在，振子克服阻力做功消耗能量，振幅越来越小，故振动为阻尼振动． (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，振动达到稳定状态后，其频率(或周期)等于驱动力的频率(或周期)，而跟固有频率(或固有周期)无关，即f＝f驱＝4 Hz，T＝T驱＝0.25 s. 二、共振 导学探究 洗衣机在衣服脱水完毕关闭电源后，脱水桶还要转动一会才能停下来．在关闭电源后，发现洗衣机先振动得比较弱，有一阵子振动得很剧烈，然后振动慢慢减弱直至停下来． (1)开始时，洗衣机为什么振动比较弱？ (2)期间剧烈振动的原因是什么？ 答案　(1)开始时，脱水桶转动的频率远高于洗衣机的固有频率，振幅较小，振动