第二章 机械振动 6 受迫振动 共振-【金版教程】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第一册创新导学案word（人教版2019）

6．受迫振动　共振 1．知道什么是固有振动和阻尼振动，并能从能量转化的角度予以说明。2.知道什么是受迫振动，知道物体做受迫振动的频率特点。3.知道什么是共振现象，掌握产生共振的条件，知道常见的共振的应用和危害。 一　振动中的能量损失 1．固有振动与固有频率 弹簧振子与单摆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，仅由系统自身的性质决定，我们把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 实际的振动系统都会受到摩擦力、黏滞力等阻碍作用，振幅必然逐渐减小。这种振幅随时间逐渐减小的振动称为阻尼振动。 3．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，能量向外辐射出去。 二　受迫振动 1．驱动力：为了使系统持续振动，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：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．共振的定义：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．共振曲线：如图所示，反映了受迫振动振幅A与驱动力频率f之间的关系，图中f0等于物体的固有频率。 3．共振的应用与防止 (1)应用：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，如转速计。 (2)防止：在防止共振时，驱动力频率与系统的固有频率相差越大越好，如各种建筑的设计施工，机器设备的设计、制造、安装。 1．判一判 (1)阻尼振动的频率随振幅的减小而不断减小。(　　) (2)系统做受迫振动时的振动频率与其固有频率无关。(　　) (3)做受迫振动的系统的机械能守恒。(　　) (4)驱动力的频率越大，系统的振幅越大。(　　) (5)驱动力的频率等于系统的固有频率时发生共振。(　　) (6)共振只有害处，没有益处。(　　) 提示：(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)√　(6)× 2．想一想 (1)实际的弹簧振子的运动是阻尼振动吗？ 提示：实际的弹簧振子在运动中除受弹力外，还受摩擦力等阻力的作用，振幅逐渐减小，因此振子做的是阻尼振动。当阻力很小时，在不太长时间内看不出振幅有明显的减小，于是就可以把它当作简谐运动来处理。 (2)做受迫振动的物体一定会发生共振吗？ 提示：不一定。物体做受迫振动时，当驱动力的频率等于振动系统的固有频率时，才会发生共振，即发生共振的物体一定做受迫振动，做受迫振动的物体不一定发生共振。 探究　振动中的能量损失 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。 活动1：如图甲所示，荡秋千时，人坐在秋千座板上抓住铁索不动，从一定的高度摆下，之后秋千的振幅如何变化？为什么？ 提示：之后秋千的振幅越来越小，最终停止摆动。因为秋千摆动时，铁索和顶部吊环之间存在摩擦力，人和秋千组成的系统还受到空气阻力的作用，使机械能逐渐转化为内能。 活动2：如图乙所示，弹簧振子在实际的振动中振幅如何变化？能一直振动下去吗？为什么？ 提示：弹簧振子在实际的振动中振幅会越来越小，最终停止振动。因为实际弹簧振子在振动过程中，水平方向上除受到弹簧弹力的作用，还受到摩擦等阻力的作用，需要克服摩擦等阻力做功，因此机械能不断减小，振幅越来越小，最终停止振动。 活动3：音叉发声时，声音会逐渐变小，请从能量的角度解释这种现象产生的原因。 提示：音叉振动引起邻近介质(空气)中各质点的振动，使音叉的部分机械能随声波辐射到周围空间，导致音叉的振幅减小，声音变小。 对阻尼振动的认识 (1)由于实际的振动系统都会受到摩擦力、黏滞力等阻碍作用，振幅必然逐渐减小。这种振幅随时间逐渐减小的振动称为阻尼振动，其振动图像如图所示。 (2)振动系统能量衰减的方式通常有两种：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。例如单摆运动时受到空气的阻力。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。例如音叉发声时，一部分机械能随声波辐射到周围空间，导致音叉振幅减小。 (3)阻尼振动的振幅不断减小，系统的动能与势能之和不断减少，但阻尼振动的频率不变，观测可知，其频率等于系统振动的固有频率，由系统本身决定。例如：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。 注(了解即可)：理论计算表明，阻尼振动的频率f略小于固有频率f0，阻尼越小，两者差别越小，高中阶段可认为f＝f0。 (4)系统做阻尼振动时，振幅减小的快慢跟所受阻力的大小有关。振动系统受到的阻力越大，振幅减小得越快。阻力过大时，系统不能发生振动。阻力越小，振幅减小得越慢，当阻力很小时，在不太长的时间内看不出振幅有明显的