第二章6 受迫振动 共振-【优化探究】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第一册同步导学案配套教参（人教版，多选）

6　受迫振动　共振 学习目标要求 核心素养和关键能力 1.知道什么是阻尼振动以及什么情况下可以把实际发生的振动看成简谐运动。 2.知道什么是驱动力和受迫振动。 3.知道什么是共振以及发生共振的条件。 4.了解共振现象的应用和防止。 1.核心素养 (1)理解共振的条件和共振曲线。 (2)通过实验探究共振的条件。 2.关键能力 比较、归纳分析问题的能力。 授课提示：对应学生用书第65页 振动中的能量损失 1．固有频率：如果振动系统在没有外力干预的情况下做简谐运动，周期或频率与振幅无关，仅由系统自身的性质决定，这种振动称为固有振动，其振动频率称为固有频率。 2．阻尼振动 (1)阻尼振动：振幅随时间逐渐减小的振动，振动图像如图所示。 (2)振动系统能量衰减方式 ①由于振动系统受到摩擦阻力的作用，使振动系统的机械能逐渐转化为内能。 ②由于振动系统引起邻近介质中各质点的振动，使能量向四周辐射出去，从而自身机械能减少。 受迫振动 1．持续振动的条件 阻尼振动最终要停下来，要维持系统的持续振动，最简单的办法是使周期性的外力作用于振动系统，外力对系统做功，补偿系统的能量损耗。 2．驱动力：作用于振动系统的周期性的外力。 3．受迫振动：系统在驱动力作用下的振动。 4．受迫振动的频率 大量的实验都证实：物体做受迫振动达到稳定后，物体振动的频率等于驱动力的频率，与物体的固有频率无关。 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，这种现象称为共振。 2．受迫振动振幅与驱动力频率的关系：如图所示。 3．共振的应用与防止 (1)共振的应用：转速计。 (2)共振的防止：在桥梁、码头等各种建筑的设计施工中，以及飞机、汽车、轮船的发动机等机器设备的设计、制造、安装中，都必须考虑防止共振产生的危害，以保证建筑和设备的安全。 授课提示：对应学生用书第66页 　振动及振动中的能量损失 　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。实际动手做一下，然后回答以下几个问题。 (1)如果手柄不动而用手拉动一下振子，会看到什么现象？这种振动属于什么振动？ 提示：振子的振幅逐渐减小。属于阻尼振动。 (2)阻尼振动的振幅在减小的过程中，频率是否随着减小？ 提示：阻尼振动的振动频率保持不变。 1．固有振动和固有频率 如果振动系统不受外力的作用，此时的振动叫作固有振动，其振动频率称为固有频率。 系统的固有频率由系统本身的特征决定，与振幅大小无关。 2．对阻尼振动的理解 (1)同一简谐运动能量的大小由振幅大小确定。 (2)阻尼振动振幅减小的快慢跟所受阻尼的大小有关，阻尼越大，振幅减小得越快。 (3)物体做阻尼振动时，振幅虽不断减小，但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。如用力敲锣，由于锣受到空气的阻尼作用，振幅越来越小，锣声减弱，但音调不变。 (4)阻尼振动若在一段不太长的时间内振幅没有明显的减小，可以把它当成简谐运动来处理。 3．无阻尼振动(等幅振动) 如果振动物体从外界取得能量，恰好能补偿能量损失，这时它的振幅将保持不变，称为无阻尼振动。 　(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]　单摆做阻尼振动，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，故选项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。 [答案]　AD 关于阻尼振动的能量和周期的说明 1.阻尼振动的振幅不断减小，能量不断减少，但阻尼振动的频率不变，其频率为固有频率，由系统本身决定。 2.自由振动是一种理想情况，也叫简谐运动。实际中的振动都会受到阻力的作用，当阻力较小时，可认为是简谐运动。　 3.阻尼振动中，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，当Ep相等时，Ek不相等，而从振动图像上可确定Ep的关系。 　1.(多选)下列说法中正确的是(　　) A．实际的自由振动必然是阻尼振动 B．在外力作用下的振动是受迫振动 C．阻尼振动的振幅越来越小 D．受迫振动稳定后的频率与自身物理条件无关 解析：实际的自由振动由于阻力的作用，振幅会越来越小，所以一定为阻尼振动，故A项正确；物体在周期性驱动力的作用下的振动是受迫振动，故物体在外力作用下的振动不一定是受迫振动，故B项错误；阻尼振动的振幅会越来越小，故