第2章 第5节 生活中的振动（Word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理选择性必修第一册（鲁科版2019）

第5节　生活中的振动 核心素养导学 物理观念 (1)知道阻尼振动、驱动力、受迫振动的概念。(2)知道共振以及发生共振的条件。 科学思维 (1)能举出受迫振动的实例，知道受迫振动的频率由驱动力的频率决定。 (2)能够分析阻尼振动能量的转化、受迫振动的特点。 科学态度与责任 了解共振在生产、生活中的应用和危害，体会物理技术应用对人类生活与社会发展的影响。 一、阻尼振动 1．自由振动：振动物体偏离平衡位置后，仅在回复力作用下的振动。 2．阻尼振动 (1)阻尼：当振动系统受到阻力作用时，振动受到了阻尼。 (2)阻尼振动：振幅不断减小的振动，如图所示。 二、受迫振动与共振 1．驱动力：为了获得稳定的振动，需要给振动物体施加一个周期性的外力，称为驱动力。 2．受迫振动：在周期性外力作用下产生的振动。 3．受迫振动的特点：物体做受迫振动时，振动稳定后的周期(或频率)总等于驱动力的周期(或频率)，与物体的固有周期(或固有频率)无关。 振动系统的固有频率是由系统本身决定的，与外界因素无关。　　 4．共振 (1)条件：驱动力的周期(或频率)等于物体的固有周期(或固有频率)。 (2)特征：在受迫振动中，共振时受迫振动的振幅达到最大。 (3)共振曲线：如图所示。 三、共振的应用与防止 1．共振的应用 (1)路面共振破碎机通过调节振动锤头的振动频率，使其等于或接近水泥路面的固有频率，使锤头下的路面产生共振而被击碎。 (2)音叉共鸣箱是让音叉的振动和箱内的空气柱产生共振。 2．共振的防止 (1)轮船航行时，人们常通过改变轮船的航向和速率，使海浪冲击力的频率与轮船的固有频率相差很大，以此防止共振现象。 (2)集体列队经过桥梁时要便步走，以防对桥梁形成的周期性驱动力使桥梁发生共振。 (3)许多机电设备，如车床、磨床、电锯等，工作时都会伴随不同程度的振动，要防止它们产生共振现象。 (4)人体各个部位的固有频率不同，接近振动源时，应该设法防止共振对身体造成的不良影响。 1.在研究单摆振动特点的物理课上，老师特意用大一些的木球做了两个同样的单摆，老师和某位同学同时进行如下实验：两人都把木球拉离竖直方向同样的角度，并且都刚好贴近自己的鼻尖，然后同时释放木球，让同学们观察木球的运动情况，这位同学由于担心木球摆回来会碰到自己的鼻子而自然躲开了；老师保持不动却有惊无险，木球摆回来时根本接触不到鼻尖……之后木球的振幅越来越小。请解释其原因，木球做什么运动？ 提示：木球摆动过程中由于受到空气阻力作用，振幅会变小，木球再次摆回来时一定不会碰到鼻子，所以老师很镇定。木球做阻尼振动。 2.唐朝洛阳有个和尚喜欢弹拨一种叫磬的乐器，如图所示。奇怪的是磬在无人弹拨时经常自发鸣响，无缘无故地发出嗡嗡的声音，磬无故而鸣，使和尚大为惊奇，渐渐由惊而疑，由疑而怯，结果忧虑成疾，病倒在床。和尚的朋友知道后，悄悄用钢锉在磬上锉了几处，从此之后，磬再也不会无故发声了。随即和尚心事顿消，病也不治而愈。 请思考：(1)磬为什么会不敲自鸣呢？ (2)和尚的朋友悄悄用钢锉在磬上锉了几处之后，为什么磬再也不会无故发声？ 提示：(1)磬不敲自鸣是共振现象。磬的固有频率和钟的频率一样，因此每当钟响时，引起磬的共振而发出嗡嗡之声。 (2)和尚的朋友悄悄用钢锉在磬上锉了几处之后，改变了其固有频率，使其固有频率与钟的频率不一致了，钟响时不会引起磬的共振而无故发声。 新知学习(一)|简谐振动与阻尼振动的比较 [任务驱动] 如图所示，荡秋千的小朋友，无论开始时她荡得多高，她都会慢慢地停下来，为什么？有什么方法能让她持续荡下去吗？ 提示：之所以会慢慢停下来是因为小朋友在荡秋千的过程中受各种摩擦阻力和空气阻力，导致其振幅越来越小，最后停止。可给她施加一周期性的外力(如让另一名同学在她旁边有规律地推她)，让她持续荡下去。　　　　 [重点释解] 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，是更贴合实际的一种运动。 3．简谐运动和阻尼振动的比较 振动类型 比较项目　　 简谐运动 阻尼振动 产生条件 不受阻力作用 受阻力作用 频率 固有频率 频率不变 振幅 不变 减小 振动图像 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 [典例体验] [典例]　(多选)如图所示是单摆做阻尼振动的振动图线，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 [解析]　在单摆做阻尼振动的过程中，因不断克服空气阻力做功使动能逐渐转化为内能，C项错误，D项正确；虽然单摆总的机械能在逐渐减小，