第2章 6 受迫振动 共振-2021-2022学年新教材高中物理选择性必修第一册【名师导航】同步Word教参(人教版)

6.受迫振动　共振 学习目标：1.[物理观念]知道什么是阻尼振动，什么叫驱动力，什么叫受迫振动．　2.[科学思维]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．　3.[科学探究]知道什么是共振以及发生共振的条件． ☆ 阅读本节教材第50页问题，并梳理必要知识点． 教材第50页问题提示：手掌摩擦盆耳的频率等于盆的固有频率时，盆发生了共振现象，因此会溅起层层水花． 一、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． 二、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． 1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (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．(多选)一单摆做阻尼振动，则在振动过程中(　　) A．振幅越来越小，周期也越来越小 B．振幅越来越小，周期不变 C．通过某一位置时，机械能减小 D．机械能不守恒，周期不变 E．机械能守恒，频率不变 BCD　[单摆做阻尼振动时，振幅会减小，机械能减小，振动周期不变，故选项B、C、D对，A、E错．] 3．(多选)下列振动，不属于受迫振动的是(　　) A．用重锤敲击一下悬吊着的钟后，钟的振动 B．打点计时器接通电源后，振针的振动 C．小孩睡在自由摆动的吊床上，小孩随着吊床一起摆动 D．弹簧振子在竖直方向上沿上下方向振动 E．共振筛的振动 ACD　[受迫振动是指在周期性驱动力作用下的振动，故A、C、D都是自由振动，B、E是受迫振动．] 振动中的能量损失 情景设置： 探究问题： (1)周期性的驱动力会使振子如何振动？ (2)撤掉外力后，振子的振动发生怎样的变化？ 提示：(1)使振子周期性振动． (2)撤去外力后，振子在振动过程中由于克服阻力做功，振动强度逐渐减弱，振幅越来越小． 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．阻尼振动 (1)定义：振幅逐渐减小的振动，叫作阻尼振动． (2)原因：当振动系统受到阻力的作用时，即振动受到了阻尼时，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．其振动图像如图所示． 3．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． 4．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． 【例1】　(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 AD　[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．] 理解阻尼振动要从两个方面入手：一是从振动能量上来讲，由于阻力做负功，振动物体的机械能逐渐减小，振幅逐