第二章 第5节 生活中的振动-【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（鲁科版）

第5节　生活中的振动 核心素养要求 核心素养呈现 1.了解阻尼振动，知道阻尼振动过程物体的能量变化情况． 2．了解受迫振动，知道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． 3．了解共振现象，知道共振现象产生的条件及共振的应用和防止. 　阻尼振动 1．自由振动 对于一个振动系统，若振动物体偏离平衡位置后，仅在回复力作用下振动，这种振动就是自由振动． 2．阻尼振动 (1)定义：物理学中，把振幅不断减小的振动称为阻尼振动． (2)特点：振动物体克服阻力做功，系统机械能不断减小，导致振幅不断减小，直至停止振动． (1)做阻尼振动的物体因克服摩擦或其他阻力做功，它的机械能逐渐减小．(√) (2)做阻尼振动的物体其振动频率不变．(√) (3)阻尼振动振幅逐渐减小时，其频率也逐渐减小．(×) 　受迫振动与共振 1．驱动力：周期性的外力． 2．受迫振动：在周期性的外力作用下产生的振动． 3．受迫振动的周期(频率)：物体做受迫振动时，振动稳定后的周期(频率)总等于驱动力的周期(频率)，与物体的固有周期(或固有频率)无关． 4．共振：当驱动力的周期(频率) 与物体的固有周期(或固有频率)相等时，受迫振动的振幅达到最大，这种现象称为共振． 5．共振的应用与防止 (1)应用：路面共振破碎机、音叉共鸣箱． (2)防止：轮船航行时，改变航向和速率，使海浪冲击力的频率与轮船的固有频率相差很大、集体列队经过桥梁要便步走． 要防止共振，需要采取什么措施？ 提示：尽量使驱动力的频率与固有频率间的差距增大． 阻尼振动、受迫振动与简谐运动的比较 [思 考 探 究] 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，会发现振子的振幅越来越小，最后停下来，如何解释上面的现象呢？ 提示：弹簧振子的振动过程中，不可避免地要克服摩擦及其他阻力做功，系统的机械能就要损耗，振动的振幅就会逐渐减小，机械能耗尽之时，振动就会停下来了． (2)手柄匀速摇动时，观察到振幅有什么变化？为什么？ 提示：振幅不变，提供系统外力，补偿系统损失的能量． (3)用不同的转速匀速转动把手，弹簧振子的振动有何不同？这能说明什么问题？ 提示：转速大时弹簧振子振动的快，说明振动的周期和频率由手柄转速决定． [思 维 深 化] 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，是振幅逐渐减小的振动，是更实际的一种运动． 3．受迫振动是物体做阻尼振动时受到周期性驱动力作用下的振动． 4．三者对比列表如下： 简谐运动 阻尼振动 受迫振动 产生条件 不受阻力作用 受阻力作用 受阻力和驱 动力作用 频率 固有频率 固有频率 驱动力频率 振幅 不变 减小 大小变化不确定 振动图像 形状不确定 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 扬声器纸盆振动发声、钟摆的摆动 　(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．振动过程中，机械能不守恒，周期不变 解析：BD　该题考查阻尼振动的能量和周期．因单摆做阻尼振动，所以振幅越来越小，机械能越来越小，振动周期不变． 阻尼振动的能量和周期 (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，而从振动图像上可以确定Ep的关系． [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：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内能，但是在振动过程中，动能和势能仍不断相互转化，不能确定两个时刻的动能与势能的大小关系，故选项A正确，选项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，选项D正确． 　 [思 考 探 究] 洗衣机在把衣服脱水完毕拔掉电源后，电动机还要转动一会才能停下来．在拔掉电源后，发现洗衣机先振动得比较小，然后有一阵子振动得很剧烈，然后振动慢慢减小直至停下来．