第二章 第五节 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（粤教版）

第五节　受迫振动　 共振 核心素养要求 核心素养呈现 1.知道阻尼振动特点及其阻尼振动能量的转化情况. 2.知道什么是受迫振动，掌握物体做受迫振动的特点. 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. 一、受迫振动的频率 1．等幅振动：振幅不变的机械运动叫作等幅振动． 2．阻尼振动 (1)定义：振幅随时间逐渐减小的振动叫作阻尼振动． (2)持续振动的条件：由于阻尼作用振动系统最终要停下来，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． (3)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． 3．受迫振动 (1)驱动力：作用于振动系统的周期性的外力． (2)定义：在外界驱动力作用下的振动叫作受迫振动． (3)固有频率：弹簧振子和单摆的自由振动频率，只与它们自身的参数有关，我们称之为固有频率． (4)受迫振动的频率 大量实验都证实：物体做受迫振动稳定后，物体振动频率等于驱动力的频率，与物体的固有频率无关． 如图所示，弹簧振子在水中振动，振幅逐渐减小．那么，振动系统的周期和频率也会发生变化吗？ 提示：振动周期与振幅无关，故阻尼振动中周期和频率不变． 二、共振及其应用和防止 1．共振：当驱动力频率等于振动系统的固有频率时，物体做受迫振动的振幅达到最大值，这种现象叫作共振． 2．共振曲线：如图所示． 3．共振的应用和防止 (1)共振的应用：共振筛、地震仪等． (2)共振的防止：桥梁、码头等各种建筑的设计施工，飞机、汽车、轮船的发动机等机器设备的设计、制造、安装中必须考虑防止共振产生的危害． (3)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；在防止共振时，应使驱动力的频率与振动系统的固有频率保持一定差距． (1)共振的频率等于振动系统的固有频率．(√) (2)驱动力频率越大，振幅越大．(×) (3)生活中应尽量使驱动力的频率接近振动系统的固有频率．(×) 　比较阻尼振动与简谐运动 [思 考 探 究] (1)实际的单摆发生的振动，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．振幅减小的快慢与什么相关？ 提示：振幅减小的快慢与阻力大小有关．阻力越大振幅减小越快．当阻力过大时，振动不能发生． (2)你能画出阻尼振动的图像吗？ 提示：如图所示． [思 维 深 化] 1．阻尼振动是振动系统在阻力的作用下，振幅逐渐减小的振动，但振动的频率不会变化，此频率称为固有频率，由振动系统决定． 2．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：BD　该题考查阻尼振动的图像以及能量的转化关系．在单摆振动过程中，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． 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，Ek不相等，而从振动图像上可能确定Ep的关系． [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．通过某一位置时，机械能减小 D．机械能不守恒，周期不变 解析：BCD　单摆做阻尼振动时，振幅会减小，机械能减小，振动周期不变，故选项B、C、D正确，A错误． 2．(多选)若空气阻力不可忽略，单摆在偏角很小的摆动中，总是减小的物理量为(　　) A．振幅