2.6 受迫振动　共振（word教参）-【优化探究】2021-2022学年新教材高中物理选择性必修1（人教版）

第6节　受迫振动　共振 新课程标准 学业质量目标 1.了解阻尼振动，知道阻尼振动过程物体的能量变化规律。 2.理解受迫振动，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.了解共振现象，知道共振现象产生的条件及共振的应用和防止。 1.知道什么是阻尼振动，什么叫驱动力，什么叫受迫振动。(物理观念) 2.能举出受迫振动的实例，知道受迫振动的频率由驱动力的频率决定。(科学思维) 3.探究受迫振动的频率及发生共振的条件。(科学探究) 授课提示：对应学生用书第49页 [知识梳理] 一、振动中的能量损失 1．固有频率：如果振动系统在没有外力干预的情况下做简谐运动，周期或频率与振幅无关，仅由系统自身性质决定，这种振动称为固有振动，其振动频率称为固有频率。 2．阻尼振动 (1)阻尼振动：振幅随时间逐渐减小的振动，振动图像如图所示。 (2)振动系统能量衰减方式 ①由于振动系统受到摩擦阻力的作用，使振动系统的机械能逐渐转化为内能。 ②由于振动系统引起邻近介质中各质点的振动，使能量向四周辐射出去，从而自身机械能减少。 二、受迫振动 1．持续振动的条件 阻尼振动最终要停下来，要维持系统的持续振动，最简单的办法是使周期性的外力作用于振动系统，外力对系统做功，补偿系统的能量损耗。 2．驱动力：作用于振动系统的周期性的外力。 3．受迫振动：系统在驱动力作用下的振动。 4．受迫振动的频率 大量的实验都证实：物体做受迫振动达到稳定后，物体振动的频率等于驱动力的频率，与物体的固有频率无关。 三、共振现象及其应用 1．共振：当驱动力的频率等于固有频率时，物体做受迫振动的振幅达到最大值，这种现象称为共振。 2．受迫振动振幅与驱动力频率的关系：如图所示。 3．共振的应用与防止 (1)共振的应用：转速计。 (2)共振的防止：在桥梁、码头等各种建筑的设计施工中，以及飞机、汽车、轮船的发动机等机器设备的设计、制造、安装中，都必须考虑防止共振产生的危害，以保证建筑和设备的安全。 [自主评价] 1．判断正误 (1)固有频率由系统本身决定。(√) (2)阻尼振动的频率不断减小。(×) (3)阻尼振动的振幅不断减小。(√) (4)受迫振动的频率等于振动系统的固有频率。(×) (5)驱动力频率越大，振幅越大。(×) 2．情景思考 (1)在实际振动中，由于阻力的存在而使振动会慢慢停止，怎样才能使受阻尼作用的振动物体的振幅不变，且一直振动下去呢？ 提示：我们通常给系统加一个周期性的外力，来补偿系统的机械能量的损失，使系统持续的振动下去。 (2)洗衣机启动和停止时，随着电机转速的变化，有时洗衣机会振动得很厉害，这是什么原因？ 提示：当洗衣机电机转动的频率等于洗衣机的固有频率时，发生了共振现象，这时洗衣机振动得很厉害。 授课提示：对应学生用书第50页 要点一　振动及振动中的能量损失 　 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．固有振动和固有频率 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． 系统的固有频率由系统本身的特征决定，与振幅大小无关。 2．对阻尼振动的理解 (1)同一简谐运动能量的大小由振幅大小确定。 (2)阻尼振动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。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，可以把它当成简谐运动来处理。 3．无阻尼振动(等幅振动) 如果振动物体从外界取得能量，恰好能补偿能量损失，这时它的振幅将保持不变，称为无阻尼振动。 　(多选)一单摆在空气中振动，振幅逐渐减小，下列说法正确的是(　　) A．单摆的机械能逐渐转化为其他形式的能 B．单摆后一时刻的动能一定小于前一时刻的动能 C．单摆振幅减小，频率也随着减小 D．单摆振幅虽然减小，但其频率不变 [解析]　单摆做阻尼振动，因不断克服空气阻力做功使机械能转化为其他形式的能，但是在振动过程中，动能和势能仍不断相互转化，单摆在从最大位移处向平衡位置运动的过程中，后一时刻的动能大于前一时刻的动能，故选项A正确，选项B错误；做阻尼振动的物体，频率由系 统的特征决定，与振幅无关，所以其频率不变，选项C错误，选项D正确。 [答案]　AD 关于阻尼振动的能量和周期的