第二章 第6节 受迫振动 共振-【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（人教版）

第6节　受迫振动　共振 [学习目标要求]　1.知道阻尼振动和无阻尼振动，并能从能量的观点给予说明。2.知道受迫振动的概念。知道受迫振动的频率等于驱动力的频率，而跟振动物体的固有频率无关。3.知道共振现象，掌握产生共振的条件，知道常见的共振的应用和危害。 　振动中的能量损失 1．固有频率：我们知道弹簧振子与单摆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，我们把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。 [判一判] (1)阻尼振动是机械能不断减小的振动，它一定不是简谐运动。(√) (2)单摆的振幅越来越小，是因为其能量在不断消失。(×) (3)阻尼振动的频率随振幅的减小而不断减小。(×) (4)由于空气的阻力，单摆后一时刻的动能总要小于前一时刻的动能。(×) 　受迫振动 1．持续振动的条件：阻尼作用最终要停下来，要维持系统的持续振动，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．共振曲线：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。 [判一判] (1)驱动力频率越大，振幅越大。(×) (2)做受迫振动的物体一定会发生共振。(×) (3)共振只有害处没有好处。(×) (4)生活中应尽量使驱动力的频率接近振动系统的固有频率。(×) 学习任务一　比较阻尼振动与简谐运动 [导学探究] 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，会看到什么现象？这种振动属于什么振动？ (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：(1) 振子的振幅逐渐减小，属于阻尼振动。 (2)阻尼振动的振动频率保持不变。 [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，是更实际的一种运动。 3．阻尼振动与简谐运动(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 振动能量有损失 振动能量保持不变 振幅 如果没有能量补充，振幅越来越小 振幅不变 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)如图是单摆做阻尼振动的振动图像，下列说法正确的是(　　) A．振动过程中周期变小 B．振动过程中周期不变 C．摆球A时刻的势能等于B时刻的势能 D．摆球A时刻的动能等于B时刻的动能 解析：BC　阻尼振动中，单摆的振幅逐渐减小，由于周期与振幅无关，故振动过程中周期不变，选项A错误，B正确；因A、B两时刻的位移相同，故摆球A时刻的势能等于B时刻的势能，选项C正确；由于振动的能量逐渐减小，故摆球A时刻的动能大于B时刻的动能，选项D错误。 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)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。 [针对训练] 1．(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 解析：BD　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。 学习任务二　受迫振动和共振 [导学探究] 如图所示，在一根张紧的绳子上挂几个单摆，其中A、B的摆长相等，当A摆振动的时候，通过张紧的绳子给其他各摆施加驱动力，使其余各摆都发生摆动。 (1)该实验中驱动力的频率等于什么？ (2)B、C、D摆振动的频率是否相等？ (