第2.4节 受迫振动 共振-【帮课堂】2023-2024学年高二物理同步学与练（沪科版2020上海选择性必修第一册 ）

第二章·机械振动 第04节 受迫振动 共振 目 标 导 航 知识要点 难易度 1．固有振动：不受外力，固有频率由系统本身因素决定 2．阻尼振动：振幅减小，频率不变 3．受迫振动：频率由驱动力决定 4．共振：受迫振动频率=固有频率，振幅最大 5．简谐振动、阻尼振动、受迫振动的区别 ★★ ★★ ★★ ★★★ ★★ 知 识 精 讲 知识点01 固有振动、阻尼振动 1.固有振动 (1)固有振动：振动系统不受外力的作用．如：弹簧振子和单摆．也叫自由振动，简谐振动。 (2)固有频率：固有振动的频率．固有频率由振动系统本身因素决定。 2.阻尼振动 (1)阻尼振动：振动系统受到阻力的作用，振幅逐渐减小的振动。 (2)阻尼振动特点：振幅减小，频率、周期不变(如图)，由系统本身决定。 (3)理想化处理：当阻尼很小时，在短时间内看不出振幅明显减小，可以把它当作简谐运动来处理。 (4)能量角度：由于摩擦阻力，机械能转化为内能。 机械能E等于动能Ek和势能Ep之和，即E＝Ek＋Ep，E减小，但动能和势能相互转化。 Ep是由位置决定的，因此当Ep相等时，可判断Ek的大小关系。 【例1】很多高层建筑都会安装减震阻尼器，当大楼摆动时，悬挂在大楼上方的阻尼器跟随摆动来消减强风或地震导致的振动，阻尼器振动时会减小大楼振动的（　　） （A）固有频率 （B）固有周期 （C）振动周期 （D）振动幅度 【例2】(多选)单摆做阻尼振动的振动图线如图所示，下列说法正确的是(　　) A．摆球在A时刻的动能等于B时刻的动能 B．摆球在A时刻的势能等于B时刻的势能 C．摆球在A时刻的机械能等于B时刻的机械能 D．摆球在A时刻的机械能大于B时刻的机械能 知识点02 受迫振动和共振 1.受迫振动 (1)驱动力：对振动系统施加的周期性的外力，外力对系统做功，这种周期性的外力叫做驱动力． (2)受迫振动：在周期性驱动力作用下的振动． (3)受迫振动频率：受迫振动的频率等于驱动力的频率，与系统的固有频率无关． 2．共振：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，这种现象叫做共振。 3．共振曲线及理解 (1)如图所示，当驱动力的频率f与物体的固有频率f0相等时，受迫振动的振幅最大。 (2)对共振曲线的理解 当驱动力的频率f偏离固有频率f0较大时，受迫振动的振幅较小； 当驱动力的频率，等于固有频率f0时，受迫振动的振幅最大。 4．发生共振的条件及理解 (1)驱动力的频率等于振动系统的固有频率。 (2)对共振条件的理解： ①从受力角度看：当驱动力的方向跟振动物体的运动方向相同时，加速度为正，振幅增大。 当驱动力的频率等于物体的固有频率时，每一次受力都使物体的振幅增加，从而振幅达到最大。 ②从功能关系看：当驱动力的频率等于物体的固有频率时，驱动力始终对物体做正功，振动能量增加，振幅增大，直到增加的能量等于克服阻尼作用损耗的能量，振幅才不再增加。 5．共振的应用与防止 (1)共振现象：音叉共鸣 (2)共振的应用 ①特点：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，振动将更剧烈． ②实例：转速计、共振筛. (3)共振的防止 ①特点：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． ②实例：部队过桥时用便步；火车过桥时减速；轮船航行时，改变航向或航速． 【例3】.下列振动中属于受迫振动的是(　　) A.用重锤敲击一下悬吊着的钟后,钟的摆动 B.打点计时器接通电源后,振针的振动 C.小孩睡在自由摆动的吊床上,小孩随着吊床一起摆动 D.弹簧振子在竖直方向上振动 【例4】如图，两个单摆m、M悬挂到一根钢丝上，原来它们都静止，今使m偏离平衡位置一个小角度，释放后m做简谐运动的方向在垂直于纸面的竖直平面里，对M此后的运动情况，下列说法正确的是（ ） （ A ） M仍静止 （ B ） M将做受迫振动，周期为T＝2π （ C ） M将做受迫振动，周期为 T＝2π （ D ） M能发生共振 知识点03 简谐运动、阻尼振动、受迫振动、共振的比较 简谐运动是一种理想化的物理模型,物体振动过程中的一切阻力都不考虑,因此实际中并不存在;阻尼振动却考虑阻力的影响;而受迫振动是物体做阻尼振动时受到驱动力作用下的振动;共振则是一种特殊的受迫振动。 简谐运动 阻尼振动 受迫振动 共　振 受力 情况 不受阻力作用 受阻力作用 受阻力和驱动力作用 受阻力和驱动力作用 振幅 不变 变小 稳定后不变 最大 振动周期 (或频率) 由振动系统本身 决定,即固有周期 (或固有频率) 由振动系统本身 决定,即固有周期 (或固有频率) 由驱动力的周期 (频率)决定,即 T受=T驱(f受=f驱) T驱=T固 (f驱=f固) 振动 图像