第2章 6.受迫振动 共振-【赢在微点】轻松课堂2023-2024学年新教材高中物理选择性必修1（人教版2019）

6.受迫振动　共振 学习目标 情境导入 1.知道什么是固有振动和阻尼振动,并能从能量的观点给予说明。 2.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.理解共振的概念,知道常见共振的应用和危害。 　　 1831年,一支高歌凯旋的骑兵队雄赳赳、气昂昂地通过英国曼彻斯特附近的一座吊桥。洪亮而有节奏的“嗒、嗒、嗒”的马蹄声充分展示了队伍的雄风。然而,随着一声巨响,大桥突然倒塌,人马纷纷坠入河中,死伤惨重。 同学们,你想知道这是为什么吗?这就是这节课的内容——共振。 课前新知初探 知|识|梳|理 一、固有振动、阻尼振动 1.固有振动。 振动系统在不受外力作用下的振动叫作固有振动,固有振动的频率叫作固有频率。小球和弹簧组成了一个系统——弹簧振子,弹簧对于小球的作用力——回复力,是系统的内力;而来源于系统以外的作用力,例如摩擦力或手指对小球的推力,则是外力。 2.阻尼振动。 当振动系统受到阻力的作用时,我们说振动受到了阻尼。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。这种振幅随时间逐渐减小的振动称为阻尼振动。 二、受迫振动与共振 1.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: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固有频率时,物体做受迫振动的振幅达到最大值的现象。 (2)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,图中f0为振动系统的固有频率。 (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、共振筛。 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,如部队过桥时用便步。 预|习|自|检 1.判断正误(正确的画“√”,错误的画“×”) (1)受迫振动的频率与振动系统的固有频率无关。 (√) (2)驱动力频率越大,振幅越大。 (×) (3)共振只有害处没有好处。 (×) (4)做受迫振动的物体一定会发生共振。 (×) (5)阻尼振动的频率随振幅的减小而不断减小。 (×) 2.A、B两个弹簧振子,A的固有频率为f,B的固有频率为4f,若它们均在频率为f的驱动力作用下做受迫振动,则　　　　的振幅较大,A的振动频率为　　　　,B的振动频率为　　　　。  解析　驱动力的频率与弹簧振子A的频率相同,则弹簧振子A共振的振幅较大,弹簧振子的振动频率等于驱动力频率均为f。 答案　A　f　f 课堂合作探究 　 探究一　简谐运动、阻尼振动和受迫振动 1.三种振动的理解。 (1)简谐运动是一种理想化的模型,物体运动过程中的一切阻力都不考虑。 (2)阻尼振动考虑阻力的影响,是更接近实际的一种运动。 (3)受迫振动是物体做阻尼振动时受到周期性驱动力作用下的振动。 2.三种振动的比较。 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 【例1】　如图所示是一个弹簧振子做阻尼振动的振动图像,曲线上A、B两点的连线与横轴平行,下列说法正确的是 (　　) A.振子在A时刻的动能等于在B时刻的动能 B.振子在A时刻的势能等于在B时刻的势能 C.振子在A时刻的机械能等于在B时刻的机械能 D.振子从A到B过程周期逐渐减小 解析　由于弹簧振子做阻尼振动,所以A时刻的机械能大于B时刻的机械能,C项错误;由于振子的势能与振子偏离平衡位置的位移有关,A、B时刻振子偏离平衡位置的位移相同,故A、B两时刻振子的势能相同,振子的机械能在减小,故振子在A时刻的动能大于在B时刻的动能,A项错误,B项正确;振子做阻尼振动时,周期、频率不改变,D项错误。 答案　B 阻尼振动的能量和频率 (1)阻尼振动的振幅不断减小,振动的能量不断减小,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)自由振动是一种理想情况,也叫简谐运动。实际的振动都会受到阻尼的作用,当阻尼较小时,可认为是简谐运动。 【针对训练1】　对于阻尼振动,下列说法不正确的是 (　　) A.阻尼振动就是减幅振动,其振动的能量不断减少 B.实际的振动系统不可避免地要受到阻尼作用 C.阻尼振动的振幅、振动能量、振动周期逐渐减小 D.对做阻尼振动的振子来说,其机械能逐渐转化为内能 解析　物体做阻尼振动时,因克服阻尼做功机械能逐渐减