第二章 第五节 受迫振动共振-2021-2022学年高二物理【创新设计】同步学考笔记（粤教版2019选择性必修1）word

第五节　受迫振动　共振 学习目标要求 核心素养和关键能力 1.知道什么是自由振动和阻尼振动，并能够从能量观点给予说明。 2.知道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。 3.理解共振的概念，知道共振的应用与防止。 4.会分析共振曲线。 1.科学思维 (1)数形结合的思想。 (2)守恒与转化思想。 2.科学态度与责任 分析受迫振动、共振在生产生活中的利弊。 一、受迫振动的频率 1.等幅振动：振幅不变的运动叫作等幅振动。 2.阻尼振动：振幅逐渐减小的振动叫作阻尼振动。 3.受迫振动：在外界驱动力作用下的振动叫作受迫振动。 二、共振 1.共振：驱动力频率等于振动系统的固有频率时，受迫振动的振幅最大，说明从外界获得的能量最大，这种现象叫作共振。 2.共振曲线：表示受迫振动的振幅与驱动力频率的关系的曲线，称为共振曲线。 三、共振的应用和防止 1.共振的应用：共振筛、地震仪、各种光源及电子表、原子钟，各种声乐、器乐。 2.共振的防止：共振时由于系统震动幅度过大会造成机器设备、桥梁和建筑物等损坏，应使驱动力的频率与振动系统的固有频率保持一定差距。 [判一判] (1)振荡的秋千做的是阻尼振动。(√) (2)受迫振动的频率与振动系统的固有频率无关。(√) (3)做受迫振动的物体一定会发生共振。(×) (4)共振只有害处没有好处。(×) [做一做] A、B两个弹簧振子，A的固有频率为3f，B的固有频率为f，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　B　f　f 探究1　简谐运动、阻尼振动和受迫振动 ■情境导入 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？转动手柄，弹簧振子的振动属于什么振动？ (2)匀速摇动手柄时，观察到振幅有什么变化？为什么？ (3)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　受迫振动　(2)振幅不变，提供系统外力，补偿系统损失的能量　(3)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。 ■归纳拓展 简谐运动、阻尼振动和受迫振动的比较 比较项目振动类型 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 固有频率 固有频率 驱动力频率 振幅 不变 减小 大小变化不确定 振动图像 形状不确定 实例 弹簧振子振动，单摆做小角度摆动 敲锣打鼓发出的声音越来越弱，是因为振幅越来越小 扬声器纸盆振动发声，钟摆的摆动 【例1】 如图所示，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。开始时不转动摇把，而让振子自由上下振动，测得其频率为2 Hz，然后匀速转动摇把，转速为240 r/min，当振子振动稳定时，它振动的周期为(　　) A.0.5 s B.0.25 s C.2 s D.4 s 答案　B 解析　匀速转动摇把后，振子将做受迫振动，驱动力的周期跟摇把转动的周期是相同的，振子做受迫振动的周期又等于驱动力的周期，其频率也等于驱动力的频率，与振子自由上下振动的频率无关。摇把匀速转动时的转速为240 r/min＝4 r/s，故f＝4 Hz，所以驱动力的周期T＝ s＝0.25 s。＝ 【训练1】 (2021·山西忻州一中高二周测)如图所示是单摆做阻尼振动的位移—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时刻的机械能小于在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，所以势能相等，A正确；由于系统机械能在减少，P、N两时刻势能相同，则P时刻动能大于N时刻动能，所以B、C、D错误。 探究2　共振的理解与运用 ■情境导入 (1)实际生活中，人用扁担挑水时，有时桶里的水会荡得厉害，并从桶中溅出来，这是为什么？ (2)家用洗衣机的甩干机关闭后转速逐渐减小为零的过程中，会发现有一小段时间洗衣机抖动得最厉害。这一现象应如何解释？ 答案　(1)挑水时，由于人行走时肩膀会起伏，人通过扁担对水桶产生作用力，水会因此受到周期性的驱动力而产生受迫振动，当驱动力频率接近或等于桶里水的固有频率时，水桶里的水就发生共振，所以水会荡得越来越厉害，直到溅出来。 (2)洗衣机的固有频率f0小于甩干机正常转动的频率f，关机后，驱动力的频率即甩干机转动的频率