第06讲 受迫振动 共振-【帮课堂】2022-2023学年高二物理同步精品讲义（人教2019选择性必修一）

第06讲 受迫振动 共振 ( 目标导航 ) 课程标准 课标解读 1．知道什么是阻尼振动；知道在什么情况下可以把实际发生的振动看作简谐运动． 2．知道什么叫驱动力，什么叫受迫振动，通过实验，认识受迫振动的特点． 3．知道共振发生的条件以及应用共振和防止共振的事例和方法． 1．知道阻尼振动和无阻尼振动，并能从能量的观点给予说明． 2．知道受迫振动的概念．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．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． ( 知识精讲 ) 知识点01 固有振动、阻尼振动、受迫振动 1.固有振动 (1)固有振动：振动系统不受外力的作用．如：弹簧振子和单摆． (2)固有频率：固有振动的频率．固有频率由振动系统本身因素决定． 2.阻尼振动 (1)阻尼振动：振动系统受到阻力的作用，振幅逐渐减小的振动． (2)阻尼振动特点：振幅减小，频率不变(如图)． (3)理想化处理：当阻尼很小时，在短时间内看不出振幅明显减小，可以把它当作简谐运动来处理． 3.受迫振动 (1)驱动力：如果存在阻尼作用，振动系统最终会停止振动．为了使系统持续振动下去，对振动系统施加的周期性的外力，外力对系统做功，补偿系统的能量损耗，这种周期性的外力叫做驱动力． (2)受迫振动：在周期性驱动力作用下的振动． (3)受迫振动频率：受迫振动的频率等于驱动力的频率，与系统的固有频率无关． 【即学即练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．机械能逐渐转化为其他形式的能 B．后一时刻的动能一定小于前一时刻的动能 C．后一时刻的势能一定小于前一时刻的势能 D．后一时刻的机械能一定小于前一时刻的机械能 E．后一时刻的动能可能大于前一时刻的动能 【即学即练2】(多选)一砝码和一轻弹簧构成弹簧振子，如图①所示的装置可用于研究该弹簧振子的受迫振动．匀速转动把手时，曲杆给弹簧振子以驱动力，使振子做受迫振动．把手匀速转动的周期就是驱动力的周期，改变把手匀速转动的速度就可以改变驱动力的周期．若保持把手不动，给砝码一向下的初速度，砝码便做简谐运动，振动图线如图②所示．当把手以某一速度匀速转动、受迫振动达到稳定时，砝码的振动图线如图③所示．若用T0表示弹簧振子的固有周期，T表示驱动力的周期，Y表示受迫振动达到稳定后砝码振动的振幅，则(　　) A．由图线可知T0＝4 s B．由图线可知T0＝8 s C．当T在4 s附近时，Y显著增大；当T比4 s小得多或大得多时，Y很小 D．当T在8 s附近时，Y显著增大；当T比8 s小得多或大得多时，Y很小 知识点02 简谐运动、阻尼振动与受迫振动的比较 简谐运动 阻尼振动 受迫振动 概述 振动图象(x－t图象)是一条正弦曲线 振幅逐渐减小的振动 振动系统在驱动力作用下的振动 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 频率不变 驱动力频率 振幅 不变 减小 大小变化不确定 振动图象 形状不确定 振动能量 振动物体的机械能不变 能量逐渐减小 由产生驱动力的物体提供 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 扬声器纸盆振动发声、钟摆的摆动 【即学即练3】下列各种振动中，不是受迫振动的是(　　) A．敲击后的锣面的振动 B．缝纫机针的振动 C．人挑担子时，担子上下振动 D．蜻蜓、蝴蝶翅膀的振动 知识点03 共振 1．定义：驱动力的频率f等于系统的固有频率f0时，受迫振动的振幅最大，这种现象叫做共振。 2．共振曲线(如图所示) 3．发生共振的条件及理解 (1)驱动力的频率等于振动系统的固有频率。 (2)对共振条件的理解： ①从受力角度看：当振动物体所受驱动力的方向跟它的运动方向相同时，驱动力对它起加速作用，使它的振幅增大，当驱动力的频率等于物体的固有频率时，它的每一次作用都使物体的振幅增加，从而振幅达到最大。 ②从功能关系看：当驱动力的频率等于物体的固有频率时，驱动力始终对物体做正功，使振动能量不断增加，振幅不断增大，直到增加的能量等于克服阻尼作用损耗的能量，振幅才不再增加。 4．共振曲线及理解 (1)如图所示，当驱动力的频率与物体的固有频率相等时，受迫振动的振幅最大。 (2)对共振曲线的理解 共振曲线直观地反映了物体做受迫振动的振幅与驱动力频率的关系。当驱动力的频率f偏离固有频率f0较大时，受迫振动的振幅较小；当驱动力的频率，等于固有频率f0时，受迫振动的振幅最大。 5．共振的应用与防止 (1)共振的应用 ①特点：在应用共振时，应使驱动力频率接近或等于振动系统的固有频率，振动将更剧烈． ②实例：转速计、共振筛. (2)共振的防止 ①特