第2章 第6节 受迫振动 共振（教师用书Word）-【状元桥·优质课堂】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 [学习目标]　1.知道什么是阻尼振动、受迫振动、共振，了解固有频率、驱动力频率等概念(物理观念).2.知道受迫振动的频率由驱动力的频率决定，知道共振发生的条件，并能用来分析相关问题(科学思维)． 知识点一　固有振动和阻尼振动 1．固有振动 如果振动系统没有外力干预，此时的振动叫作固有振动，其振动频率称为固有频率． 2．阻尼振动 (1)概念 实际的振动系统都会受到摩擦、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，能量向外辐射出去． 注意：系统的固有频率由系统自身的性质决定，与振幅大小无关． 知识点二　受迫振动和共振 1．受迫振动 (1)驱动力 ①概念：作用于振动系统的周期性的外力． ②作用：对系统做功，补偿系统的能量损耗，使系统的振动维持下去． (2)受迫振动 ①定义：系统在驱动力作用下的振动，叫作受迫振动． ②受迫振动的频率(周期) 做受迫振动的物体，其振动频率总等于驱动力的频率，与物体的固有频率无关． 注意：驱动力的频率f越接近振动系统的固有频率f固，受迫振动的振幅越大，反之振幅越小． 2．共振 (1)概念：驱动力的频率f等于系统的固有频率f0时，受迫振动的振幅最大，这种现象叫作共振． (2)条件：驱动力频率等于系统的固有频率． (3)特征：共振时受迫振动的振幅最大． (4)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的关系图像，图中f0为振动物体的固有频率． (5)应用与防止 ①由共振的条件知，要利用共振，就应尽量使驱动力的频率与物体的固有频率一致，如共振筛、荡秋千、共振转速计等． ②由共振曲线可知，在需要防止共振危害时，要尽量使驱动力的频率和固有频率不相等，而且相差越多越好，如部队过桥应便步走． 注意：共振是物体做受迫振动时的一种特殊现象． 1．判断下列说法的正误． (1)驱动力频率越大，振幅越大．(　×　) (2)做受迫振动的物体一定会发生共振．(　×　) (3)阻尼振动的频率随振幅的减小而不断减小．(　×　) (4)受迫振动的频率与振动系统的固有频率无关．(　√　) 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A的振幅较大，A的振动频率是f，B的振动频率是f. 考点一　阻尼振动 【情境导学】 如图所示的实验装置为一挂在曲轴上的弹簧振子，匀速摇动手柄，下面的弹簧振子就会振动起来．在不忽略空气阻力的情况下，如果手柄不动而用手拉动一下振子，从振幅角度看弹簧振子的振动属于什么振动？ 答案　阻尼振动 【知识拓展】 简谐运动、阻尼振动和受迫振动的比较 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 【例题1】 (多选)一单摆在空气中振动，振幅逐渐减小，下列说法正确的是(　　) A．单摆的机械能逐渐转化为其他形式的能 B．单摆后一时刻的动能一定小于前一时刻的动能 C．单摆振幅减小，频率也随着减小 D．单摆振幅虽然减小，但其频率不变 思维导引：(1)振幅逐渐减小，说明该单摆的振动为阻尼振动．(2)物体做阻尼振动时，振动的频率仍由自身结构特点所决定，并不会随振幅的减小而变化． 答案　AD 解析　单摆做阻尼振动，因不断克服空气阻力做功而使机械能转化为其他形式的能，但在振动过程中，动能和势能仍不断相互转化，单摆在从最大位移处向平衡位置运动的过程中，后一时刻的动能大于前一时刻的动能，选项A正确，B错误；做阻尼振动的物体，频率由系统的特征决定，与振幅无关，所以其频率不变，选项C错误，D正确． 关于阻尼振动的两点提醒 1．从振动能量上来讲，由于阻力做功，振动物体的机械能逐渐减小，振幅逐渐变小，但由于振动中动能与势能相互转化，不能据此判断下一时刻的动能(或势能)变小． 2．从振动周期、频率上看，周期与频率由振动系统本身决定，阻尼振动中周期、频率不变． 【变式1】 (多选)如图所示是摆球做阻尼振动的振动图像，下列说法正确的是(　　) A．振动过程中周期变小 B．振动过程中周期不变 C．摆球A时刻的势能等于B时刻的势能 D．摆球A时刻的动能等于B时刻的动能 答案　BC 解析　阻尼振动中，摆球的振幅逐渐减小，由于周期与振幅无关，故振动过程中周期不变，选项A错误