第2章 第6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（人教版2019）

第6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、振动中的能量损失 1．固有振动：不受外力干预的振动。 2．固有频率：固有振动的频率。 3．阻尼振动：振幅随时间逐渐减小的振动。 4．振动系统能量衰减的方式： (1)因摩擦阻力作用，振动系统的机械能逐渐转化为内能。 (2)振动系统引起相邻介质中各质点的振动，使能量向四周辐射。 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、受迫振动　共振 1．受迫振动 (1)驱动力：作用在振动系统的周期性的外力。 (2)受迫振动：系统在驱动力作用下的振动。 (3)受迫振动的频率：等于驱动力的频率，与物体的固有频率无关。 2．共振现象及其应用 (1)共振：当驱动力的频率等于固有频率时，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。 由图可以看出，驱动力的频率与固有频率相差越小，受迫振动的振幅越大，当驱动力的频率与固有频率相等时，受迫振动的振幅最大。 (3)应用与防止 ①应用：共振转速计。 ②防止：如桥梁、飞机、汽车、轮船等都必须考虑共振产生的危害。 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 [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，但在振动过程中动能和势能仍在不断地相互转化。由于A、B两时刻，单摆的位移相等，所以势能相等，但动能不相等，A项错误，B项正确。 [答案]　BD /方法技巧/ 阻尼振动的三个特点 (1)振幅逐渐减小，最后停止振动。 (2)系统的机械能逐渐减少，最后耗尽。 (3)周期、频率不随振幅的变化而变化。 [针对训练] 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 解析：选AD　单摆做阻尼振动，因不断克服空气阻力做功使机械能转化为其他形式的能，但是在振动过程中，动能和势能仍不断相互转化，单摆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