第二章 第6节 受迫振动 共振（Word教参）-【优化指导】2023-2024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 物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任 1.知道阻尼振动和受迫振动、共振的概念。 2．知道固有频率、驱动力频率与受迫振动频率之间的区别和联系。 1.会用能量观点分析阻尼振动的振幅变化和受迫振动的共振现象。 2．理解共振的条件及共振曲线的意义。 通过受迫振动实验，知道受迫振动的特点及共振的条件。 能应用共振条件解释日常生活中共振的应用与防止事例，提升学习物理的兴趣。 [对应学生用书P62] 一、振动中的能量损失 1．固有振动和固有频率 (1)固有振动：振动系统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，仅由系统自身决定的振动。 (2)固有频率：固有振动的频率。 2．阻尼振动 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　↑ (1)阻尼振动：振动系统受到阻力作用时，振幅逐渐减小的振动，振动图像如图所示。 (2)振动系统能量衰减的两种方式 ①振动系统受到摩擦阻力作用，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，从而自身的机械能减少。 二、受迫振动 1．驱动力：作用于振动系统的周期性的外力。 2．受迫振动 (1)定义：系统在驱动力作用下的振动。 (2)受迫振动的频率：物体做受迫振动达到稳定后，其振动频率总等于驱动力的频率，与物体的固有频率无关。 三、共振现象及其应用 1．定义：当驱动力的频率f等于物体的固有频率f0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，A代表受迫振动的振幅，f代表驱动力的频率，f0代表物体的固有频率) 1.(物理与生活)如图所示，落网的昆虫为逃离蜘蛛网，正在快速地扇动翅膀。判断下列说法的正误。(对的画“√”，错的画“×”) (1)蜘蛛网做受迫振动时的振动频率与其固有频率无关。(　　√　　) (2)昆虫扇动翅膀的频率与蜘蛛网的固有频率不同时蜘蛛网不振动。(　　×　　) (3)昆虫扇动翅膀的频率越大，蜘蛛网的振幅越大。(　　×　　) 2．(知识拓展)共振的应用与防止 在需要利用共振时，应使驱动力的频率接近或等于振动物体的固有频率(如：核磁共振成像(MRI)，微波炉加热食物，打桩机打桩等)；在需要防止共振时，应使驱动力的频率跟振动物体的固有频率不同，而且相差越大越好(如：大队人马过长桥时应便步走，防止齐步走可能引起大桥坍塌；登山运动员登山时严禁大声喊叫，防止引起雪崩等)。 [对应学生用书P63] 探究点一___简谐运动、阻尼振动与受迫振动的对比 简谐运动、阻尼振动和受迫振动的比较 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 固有频率 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，是因为振幅越来越小 扬声器纸盆振动发声，钟摆的摆动 【例1】 (多选)下列说法正确的是(　　) A．实际的自由振动一定是阻尼振动 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振动系统自身物理条件无关 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，所以必然是阻尼振动，A、C正确；只有在周期性外力(驱动力)作用下的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由驱动力的频率决定，与自身物理条件无关，D正确。 (1)对阻尼振动的理解 ①由于阻力做功，振动系统的机械能逐渐减小，振幅逐渐变小； ②周期和频率由振动系统本身决定，阻尼振动中周期和频率不变。 (2)对受迫振动的理解 ①受迫振动的频率等于驱动力的频率，与固有频率无关； ②驱动力频率越接近固有频率，振幅越大。 [练1] 某物理学习小组制作了一个实验装置，如图所示，在曲轴A上悬挂一个弹簧振子，如果转动把手，曲轴可以带动弹簧振子上下振动。 (1)开始时不转动把手，而用手往下拉振子，然后放手让振子上下振动，测得振子在10 s内完成40次全振动(不计空气阻力和摩擦)，请问振子做什么运动？其固有周期和固有频率各是多少？若考虑摩擦和空气阻力，振子做什么运动？ (2)某同学若以转速8 r/s匀速转动把手，振子的振动稳定后，振子做什么运动？其周期和频率各是多少？ 答案：(1)简谐运动　0.25 s　4 Hz　阻尼振动 (2)受迫振动　0.125 s　8 Hz 解析：(1)用手往下拉振子使振动系统获得一定能量，放手后，在不计空气阻力和摩擦的情况下，振子因所受回复力与位移成正比，方向与位移方向相反(F＝－kx)，故它做简谐运动，其周期和频率是由它本身的性质决定的，称固有周期(T固)和固有频率(f固)，根