第二章 第5节 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（粤教版2019）

第五节　受迫振动　共振 1．知道什么是等幅振动和阻尼振动，并能从能量转化的角度予以简单说明.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防止. 一　受迫振动的频率 1．等幅振动：振幅不变的运动．它是一种机械能守恒的振动． 2．阻尼振动 (1)定义：振幅逐渐减小的振动． (2)原因：由于空气阻力和摩擦力等因素导致机械能逐渐耗散． 3．固有频率 (1)定义：物体的自由振动频率． (2)影响因素：只与它们自身的参数有关． 4．受迫振动 (1)定义：在外界驱动力作用下的振动． (2)受迫振动的频率(周期)：物体做受迫振动达到稳定后，其振动频率等于驱动力的频率，与系统的固有频率无关. 二　共振　共振的应用和防止 1．共振：驱动力的频率等于振动系统的固有频率时，受迫振动的振幅最大，这种现象叫作共振． 2．共振曲线(如图所示) 3．共振的应用和防止 在需要利用共振时，应使驱动力的频率接近或者等于振动系统的固有频率；在防止共振时，应使驱动力的频率与振动系统的固有频率保持一定差距. 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)驱动力的频率越大，系统的振幅越大．(　　) (4)驱动力的频率等于系统的固有频率时发生共振．(　　) (5)共振只有害处，没有益处．(　　) 提示：(1)×　(2)√　(3)×　(4)√　(5)× 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． 课堂任务 　受迫振动的频率 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：在图乙中，三个不同的弹簧将三个质量相同的小球固定在摇杆上，分别使驱动力的频率由小逐渐变大，观察三个小球所做受迫振动的频率有什么变化． 提示：三个小球的振动频率始终相等，且随驱动力的频率由小逐渐变大． 活动3：在图乙中，将三个不同的弹簧换成三个相同的弹簧，将三个质量相同的小球换成三个质量不同的小球，重复操作，观察三个小球所做受迫振动的频率又有什么变化． 提示：三个小球的振动频率变化情况与活动2的变化情况相同． 活动4：由实验可以总结出弹簧振子做受迫振动稳定后的频率与驱动力的频率是什么关系？与自身的固有频率有什么关系？ 提示：由第三节拓展内容可知弹簧振子的周期T＝2π ，则其频率f＝＝ ，由活动2可知弹簧振子做受迫振动的频率与弹簧的劲度系数无关，由活动3可得弹簧振子做受迫振动的频率与小球的质量无关，所以弹簧振子做受迫振动稳定后的频率等于驱动力的频率，与弹簧振子的固有频率无关． 1．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)阻尼振动的振幅不断减小，系统的机械能不断减少，但阻尼振动的频率不变，其频率为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． (3)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减小，于是可以把它当作简谐运动来处理． 2．驱动力 阻尼振动最终会停止．为了使系统持续振动下去，对振动系统施加周期性的外力，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作驱动力． 3．受迫振动 振动系统在驱动力作用下的振动叫作受迫振动．物体做受迫振动达到稳定后，其振动的频率由驱动力的频率决定，即其振动的频率总等于驱动力的频率，驱动力频率改变，物体做受迫振动的频率就改变，与物体的固有频率无关． 4．简谐运动、阻尼振动、受迫振动对比总结 振动类型 比较项目 简谐运动 阻尼振动 受迫振动 产生条件 不受外 力作用 受阻力 作用 受阻力和驱 动力作用 频