2.5 阻尼振动 受迫振动（wrord教参）-【优化探究】2021-2022学年新教材高中物理选择性必修1（教科版）

5　阻尼振动　 受迫振动 学习目标 素养提炼 1.知道阻尼振动和阻尼振动能量的转化情况。 2．知道什么是受迫振动，掌握物体做受迫振动的特点。 3．知道共振现象，掌握产生共振的条件，知道常见的共振的应用和危害。 物理观念：阻尼振动、受迫振动、共振 科学思维：阻尼振动能量的转化、受迫振动的特点 科学探究：研究受迫振动的频率 科学态度与责任：共振的应用和危害 一、阻尼振动 1．自由振动 系统不受外力作用，只在自身回复力作用下的振动，称为自由振动。理想情况下(即不受任何阻力，没有任何能量损耗)振幅保持不变，叫作无阻尼振动。自由振动的频率叫系统的固有频率。 2．阻尼振动 系统在振动过程中受到摩擦及空气阻力等的作用，振动逐渐减弱，即振幅逐渐减小，振动能量逐步转变为其他能量。 3．无阻尼振动和阻尼振动的图像 [判断正误] (1)阻尼振动是减幅振动。(√) (2)实际的振动系统不可避免地要受到阻尼作用。(√) (3)阻尼振动的振幅逐渐减小，所以周期也逐渐减小。(×) (4)阻尼振动的机械能逐渐转化为其他形式的能。(√) 二、受迫振动 1．驱动力 如果用周期性的外力作用于振动系统，补偿系统的能量损耗，使系统持续等幅地振动下去，这种周期性的外力叫作驱动力。 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 做受迫振动的物体振动稳定后，其振动频率等于驱动力的频率，与物体的固有频率无关。 4．共振 驱动力的频率等于振动物体的固有频率时，受迫振动的振幅最大，这种现象叫作共振。 5．共振曲线 如图表示受迫振动的振幅A与驱动力频率f的关系，其中f0为振动物体的固有频率。 可以看出：当驱动力的频率f等于振动物体的固有频率f0时，振幅最大；驱动力的频率f跟固有频率f0相差越大，振幅越小。 [判断正误] (1)有阻力的振动叫作受迫振动。(×) (2)用重锤敲击一下悬吊着的钟后，钟的摆动是受迫振动。(×) (3)打点计时器接通电源后，振针的振动是受迫振动。(√) (4)物体在周期性外力作用下振动，它的振动频率总等于物体的固有频率。(×) 三、共振的应用与防止 1．共振的应用 在需要用共振时，应使驱动力频率接近或等于振动系统的固有频率，例如，测量机器转速的转速计及筛分各种粒度物料的共振筛。 2．共振的防止 在需要防止共振时，应使驱动力频率远离振动系统的固有频率。如部队过桥时用便步；火车过桥时减速；轮船航行时改变船的航向与速度；机器运转时调节机器的转速等。 [思考] 用扁担挑水时，有时桶里的水会荡得厉害，甚至从桶中溅出来，这是为什么？如何避免这一现象的发生？ 提示：挑水时，由于行走时肩膀的起伏，人通过扁担对水桶作用，使水受到驱动力而做受迫振动，当驱动力的频率接近(或等于)桶里水的固有频率时，水桶里的水就发生共振，所以水会荡得厉害，以至于飞溅出来。为了避免发生这种现象，就要使驱动力的频率尽量远离桶里水的固有频率，解决的办法有改变步频或停止走动片刻，也可以在桶里放些漂浮物，增大阻力，使振动系统克服阻力做功，消耗部分机械能，以减小水的振幅。 要点一　简谐运动与阻尼振动的比较 [情景探究]　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，会看到什么现象？这种振动属于什么振动？ 提示：振子的振幅逐渐减小。属于阻尼振动。 (2)阻尼振动的振幅在减小的过程中，频率是否随着减小？ 提示：阻尼振动的振动频率保持不变。 1．简谐运动是一种理想化的模型，物体运动过程中的一切阻力都不考虑。 2．阻尼振动考虑阻力的影响，是更实际的一种运动。 3．二者对比列表如下 　 　振动类型 比较项目　 　 简谐运动 阻尼振动 产生条件 不受阻力作用 受阻力作用 频率 固有频率 频率不变 振幅 不变 减小 振动图像 实例 弹簧振子的振动，单摆做小角度的摆动 敲锣打鼓发出的声音越来越弱 [典例1]　(多选)如图所示是单摆做阻尼振动的振动图线。下列说法正确的是(　　) A．摆球在A时刻的动能等于B时刻的动能 B．摆球在A时刻的势能等于B时刻的势能 C．摆球在A时刻的机械能等于B时刻的机械能 D．摆球在A时刻的机械能大于B时刻的机械能 [解析]　在单摆振动过程中，因不断克服空气阻力做功使机械能逐渐转化为内能，C项错误，D项正确；虽然单摆总的机械能在逐渐减小，但在振动过程中动能和势能仍在不断地相互转化，由于A、B两时刻，单摆的位移相等，所以势能相等，但动能不相等，A项错误，B项正确。 [答案]　BD [规律总结] 阻尼振动的三个特点 (1)振幅逐渐减小，最后停止振动。 (2)系统的机械能逐渐减少，最后耗尽。 (3)周期、频率不随振幅的