第2章 第5节 受迫振动 共振（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（粤教版2019）

第五节　受迫振动 共振 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 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。 科学探究 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、受迫振动的频率 1．等幅振动：振幅保持不变的运动。 2．阻尼振动：振幅逐渐减小的振动。 3．受迫振动：在外界驱动力作用下的振动。 4．固有频率：弹簧振子和单摆的自由振动频率。 5．受迫振动的频率：振动稳定后的频率等于驱动力的频率，与弹簧振子的固有频率无关。 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。　　 二、共振　共振的应用和防止 1．共振：当驱动力的频率等于振动系统的固有频率时，物体做受迫振动的振幅达到最大值的现象。 2.受迫振动的振幅与驱动力频率的关系曲线。f0为振动系统的固有频率。 3．共振的应用和防止 (1)应用：共振筛、地震仪、电子表、原子钟等。 (2)防止：桥梁、建筑物、机器设备等，设计时要考虑共振产生的危害。 ,1.用扁担挑水时，有时桶里的水会荡得厉害，甚至从桶中溅出来，这是为什么？如何避免这一现象的发生？ 提示：挑水时，由于行走时肩膀的起伏，人通过扁担对水桶作用，使水受到驱动力而做受迫振动，当驱动力的频率接近(或等于)桶里水的固有频率时，水桶里的水就发生共振，所以水会荡得厉害，以至于飞溅出来。为了避免发生这种现象，就要使驱动力的频率尽量远离桶里水的固有频率，解决的办法有改变行走的步频或停止走动片刻，也可以在桶里放些漂浮物，增大阻力，使振动系统克服阻力做功，消耗部分机械能，以减小水的振幅。 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 [针对训练] 1．(2022·珠海高二检测)(多选)若空气阻力不可忽略，单摆在偏角很小的摆动中，总是减小的物理量为(　 ) A．振幅 B．位移 C．周期 D．机械能 解析：选AD　有空气阻力时，单摆的振动为阻尼振动，机械能不断减小，振幅也不断减小；摆球在平衡位置时，位移为零，之后位移增大，直至动能为零时位移达到最大，然后位移又减小到零，所以位移不是一直减小；根据单摆周期公式T＝2π，l不变，则T不变，故选A、D。 2．(多选)下列说法中正确的是(　 ) A．阻尼振动是减幅振动 B．实际的振动系统不可避免地要受到阻尼作用 C．阻尼过大时，系统将不能发生振动 D．发生阻尼振动，振动系统的机械能不发生变化 解析：选ABC　阻尼振动即振动过程中受到阻力作用的振动，因为实际的运动在空气中要受到空气的阻力作用，因此不可避免地受到阻尼作用，B正确；由于振幅是振动系统能量大小的标志，阻尼振动过程中由于要克服阻力做功，消耗系统的机械能，因此系统机械能减小，所以振幅要减小，A正确；当阻尼过大时由于合外力可能为零，将不能提供回复力，则系统将不能发生振动，C正确；发生阻尼振动，振动系统的机械能逐渐减小，D错误。 3．(多选)如图所示是单摆做