第二章 第5节 阻尼振动 受迫振动-【高考领航】2023-2024学年高中物理选择性必修第一册同步核心辅导与测评（教科版）

第5节　阻尼振动　受迫振动 1．知道什么是阻尼振动和受迫振动，会用能量观点分析阻尼振动的振幅变化和受迫振动的共振现象。 2．通过实验认识固有频率、驱动力频率与振动频率之间的区别和联系，了解产生共振的条件，认识共振是受迫振动的一种特殊情况。 3．能够根据实际生活中的振动特点，应用振动的规律解释与解决相关问题。 1．物理观念：知道什么是阻尼振动，知道什么是自由振动和固有频率，什么是驱动力，什么是受迫振动，初步形成共振的概念。 2．科学思维：了解阻尼振动中的能量转化，知道受迫振动的频率等于驱动力的频率，能根据共振曲线研究共振。 3．科学探究：通过实验研究受迫振动的频率，通过实验探究共振现象的产生条件及其特点。 4．科学态度与责任：通过实验探究受迫振动及共振，培养学生的团队协作意识及实事求是的科学精神，通过理解共振的应用与防止，培养学生学以致用的意识与能力。 　阻尼振动 1．阻尼振动：振动逐渐减弱，即振幅逐渐变小，振动能量逐步转变为其他能量，这种振动叫作阻尼振动。 2．自由振动：系统不受外力作用，只在自身回复力作用下的振动，称为自由振动。 3．无阻尼振动：理想情况下振幅保持不变，叫作无阻尼振动。 4．固有频率：自由振动的频率，叫作系统的固有频率。固有频率由系统本身的特征决定。 　受迫振动 1．驱动力：如果用周期性的外力作用于振动系统，补偿系统的能量损耗，使系统持续等幅地振动下去，这种周期性的外力叫作驱动力。 2．受迫振动：系统在驱动力作用下的振动。 3．物体做受迫振动时，振动稳定后的频率跟物体的固有频率没有关系，而是等于驱动力的频率。 　共振 1．共振：驱动力的频率等于振动物体的固有频率时，受迫振动的振幅最大，这种现象叫作共振。 2．共振曲线：如图所示，表示受迫振动的振幅A与驱动力频率f的关系图像，图中f0为振动物体的固有频率。 　共振的应用和防止 1．共振的应用 采用方法：在需要利用共振时，应使驱动力的频率接近或等于振动系统的固有频率。 实例：转速针、共振筛。 2．共振的防止 采用方法：在需要防止共振时，应使驱动力的频率远离振动系统的固有频率。 实例：部队过桥时用便步；厂房建筑物的固有频率不能处在机器振动的频率范围之内等。 [课前小练] 1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)固有频率由系统本身决定。(√) (2)阻尼振动的频率不断减小。(×) (3)敲击一下音叉，此后音叉发声的过程做的是受迫振动。(×) (4)受迫振动的频率等于振动系统的固有频率。(×) (5)生活中应尽量使驱动力的频率接近振动系统的固有频率。(×) (6)驱动力的频率等于系统的固有频率时，发生共振现象。(√) 2．自由摆动的秋千，摆动的振幅越来越小，下列说法正确的是(　　) A．机械能守恒 B．能量正在消失 C．总能量守恒，机械能减小 D．只有动能和势能的相互转化 解析：C　自由摆动的秋千可以看作阻尼振动的模型，振动系统中的能量转化也不只是系统内部动能和势能的相互转化，振动系统是一个开放系统，与外界时刻进行能量交换。系统由于受到阻力，消耗系统能量而做功，使振动的能量不断减小，但总能量守恒，故只有C项正确。 3．如图所示，把两个弹簧振子悬挂在同一支架上，已知甲弹簧振子的固有频率为8 Hz，乙弹簧振子的固有频率为72 Hz，当支架在受到竖直方向且频率为9 Hz的驱动力作用下做受迫振动时，两个弹簧振子的振动情况是(　　 ) A．甲的振幅较大，且振动频率为8 Hz B．甲的振幅较大，且振动频率为9 Hz C．乙的振幅较大，且振动频率为9 Hz D．乙的振幅较大，且振动频率为72 Hz 解析：B　振子做受迫振动时，振动频率等于驱动力的频率，由于甲振子的固有频率与驱动力的频率相差较小，所以甲的振幅较大，选项B正确，A、C、D错误。 　阻尼振动和无阻尼振动 [思考探究] 为什么弹簧振子在泥浆中不能持续振动？被敲击的锣发出的声音逐渐减弱，锣发声的过程中振幅有什么变化？ 提示：弹簧振子在泥浆中运动时受到较大的阻力，所以不能持续振动；声音的响度由振动物体的振幅决定，被敲击的锣发出的声音逐渐减弱，锣的振幅逐渐减小。 [思维深化] 阻尼振动与无阻尼振动的比较 振动类型 阻尼振动 无阻尼振动(简谐运动) 产生条件 受到阻力作用 不受阻力作用 振动能量 有损失 保持不变 振幅 如果没有能量补充， 振幅越来越小 不变 频率 不变 不变 振动图像 常见例子 悬挂的电灯被风吹动后开始振动，振幅越来越小，属于阻尼振动 弹簧振子的振动 　(多选)一单摆做阻尼振动，则在振动过程中(　　) A．振幅越来越小，周期也越来越小 B．振幅越来越小，周期不变 C．在振动过程中，通过某一位置时，机械能始终不变 D．在振动过程中，机械能不守恒，周期不变