第2章 第6节 受迫振动 共振（Word教参）-【优化指导】2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第一册（人教版2019）

第6节　受迫振动　共振 核心素养 物理观念 科学思维 科学探究 科学态度 与责任 知道什么是阻尼振动，什么叫驱动力，什么叫受迫振动。 1.会分析简谐运动、阻尼振动、受迫振动的特点，能比较它们的异同。 2．能用与机械振动相关的证据解释生产生活中机械振动的现象。 3．能从相互作用和能量等不同角度认识机械振动，能质疑他人的观点。 通过做受迫振动的实验，了解受迫振动的特点及共振的条件。 了解实际生活中振动的特点，学会应用振动的规律解释与解决实际问题。 [对应学生用书P58] 知识点一 振动中的能量损失 1．固有振动：振动系统在没有外力干预下的振动。 2．固有频率：固有振动的频率。 3．阻尼振动：振动系统受到阻力作用时，振幅随时间逐渐减小的振动❶，如图所示。 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。(　　√　　) 知识点二 受迫振动、共振现象及其应用 1．受迫振动 (1)驱动力：作用于振动系统的，补偿系统的能量损耗，使系统的振动维持下去的周期性的外力。 (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：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。 2．共振现象 (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❷。 (2)共振曲线：如图所示为受迫振动的振幅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．受迫振动的频率等于振动系统的固有频率。(　　×　　) 2．驱动力频率越大，振幅越大。(　　×　　) 批注❶：振动系统能量衰减的两种方式 (1)振动系统受到摩擦阻力的作用，机械能逐渐转化为内能。 (2)振动系统引起邻近介质中各质点的振动，能量向四周辐射出去，从而自身机械能减少。 批注❷：共振的条件与特征 (1)条件：驱动力频率等于系统的固有频率。 (2)特征：共振时受迫振动的振幅最大。 生活实例：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？ 提示：挑水时，由于行走时肩膀的起伏以及人通过扁担对水桶的作用，使水因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，所以水的动荡越来越厉害，直到溅出来。 [对应学生用书P60] 探究点一　简谐运动、阻尼振动与受迫振动的对比　(科学思维之提升) ►情境探究 　甲　　　　　　乙 (1)如图甲所示，生活中会见到阵风吹过树枝，使树枝左右摇摆，一会儿树枝就会停下来，树枝的运动是阻尼振动吗？ 提示：是。 (2)如图乙所示，荡秋千的小朋友在一旁小朋友的不断推动下不停地摆动。秋千的运动是受迫振动吗？ 提示：是。 ►探究归纳 简谐运动、阻尼振动与受迫振动的对比 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 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 扬声器纸盆振动发声、钟摆的摆动 ►对点例练 (2021·辽宁实验中学高二月考)如图所示是某单摆做阻尼振动的振动图线，下列说法正确的是(　　) A．振动过程中周期变小 B．摆球P时刻的机械能大于N时刻的机械能 C．摆球P时刻的动能等于N时刻的动能 D．小球在P时刻和N时刻，受到绳子拉力的大小相等 B　解析：阻尼振动的周期不变，振幅减小，A错误；由于阻力影响，单摆要克服阻力做功，在运动过程中机械能一直逐渐减小，故P时刻的机械能大于N时刻的机械能，而两点重力势能相等，则P时刻的动能大于N时刻的动能，B正确，C错误；因为P、N两时刻位置关于平衡位置对称，但是速度不等，则两时刻受到绳子的拉力大小不相等，D错误。 [练1] (多选)下列说法中正确的是(　　) A．实际的自由振动必然是阻尼振动 B．在外力作用下的振动是受迫振动 C．阻尼振动的振幅越来越小 D．受迫振动稳定后的频率与自身物理条件无关 ACD　解析：实际的自由振动，必须不断克服外界阻力做功而消耗能量，振幅会逐渐减小，必然是阻尼振动，A、C正确；只有在周期性外力(驱动力)的作用下，物体所做的振动才是受迫振动，B错误；受迫振动稳定后的频率等于驱动力的频率，与自身物理条件无关，D正确。 阻尼振动的能量和周期 (1)阻尼振动的振幅不断减小，能量不断减少，但阻尼振动的频率不变，其频率为固有频率，由系统本身决定。 (2)阻尼振动中，机械能E等于动能Ek和势能Ep之和，即E＝Ek＋Ep，E不断减小，但是由于动能和势能相互转化，所以动能或者势能在极短