第二章 5.阻尼振动　受迫振动-【金版新学案】2023-2024学年新教材高二物理选择性必修第一册同步课堂高效讲义教师用书（教科版）

5.阻尼振动　受迫振动 【核心素养目标】 物理观念 知道阻尼振动和受迫振动、共振的概念；知道固有频率、驱动力频率与受迫振动频率之间的区别和联系。 科学思维 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；理解共振的条件及共振曲线的意义。 科学探究 会利用弹簧振子、单摆探究共振的条件。 科学态度与责任 能应用共振条件解释日常生活中共振的应用与防止事例。 一、阻尼振动 1．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。理想情况下(即不受任何阻力，没有任何能量损耗)振幅保持不变，叫作无阻尼振动。自由振动的频率叫系统的固有频率。 2．阻尼振动：系统在振动过程中受到摩擦及空气阻力等的作用，振动逐渐减弱，即振幅逐渐减小，振动能量逐步转变为其他能量。 3．无阻尼振动和阻尼振动的图像 二、受迫振动　共振 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：振动系统在驱动力作用下的振动。 3．受迫振动的频率：做受迫振动的物体振动稳定后，其振动频率等于驱动力的频率，与物体的固有频率无关。 4．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。 5．共振曲线 如图表示受迫振动的振幅A与驱动力频率f的关系，其中f0为振动物体的固有频率。 可以看出：当驱动力的频率f等于振动物体的固有频率f0时，振幅最大；驱动力的频率f跟固有频率f0相差越大，振幅越小。 三、共振的应用与防止 1．共振的应用 在需要用共振时，应使驱动力频率接近或等于振动系统的固有频率，例如，测量机器转速的转速计及筛分各种粒度物料的共振筛。 2．共振的防止 在需要防止共振时，应使驱动力频率远离振动系统的固有频率。如部队过桥时用便步；火车过桥时减速；轮船航行时改变船的航向与速度；机器运转时调节机器的转速等。 学生用书↓第62页 1．判断正误 (1)阻尼振动的振幅不断减小。(√) (2)阻尼振动系统的频率是逐渐减小的。(×) (3)固有频率由系统本身决定。(√) (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。(×) (5)当驱动力的频率增大时，振动的振幅也一定增大。(×) 2．链接实景 图甲所示，“洗”是古代盥洗用的脸盆，多用青铜铸成，现代亦有许多仿制的工艺品。倒些清水在其中： (1)用手掌慢慢摩擦盆耳，盆就会发出嗡嗡声，同时会溅起一些水花，如图乙所示。这是为什么？ (2)随着手掌摩擦盆耳的节奏逐渐加快，发出嗡嗡声逐渐增大，同时溅起水花逐渐增多，到一定节奏时发出嗡嗡声达到最大，会溅起层层水花，如图丙。这是为什么？ 提示：(1)手掌慢慢摩擦盆耳时，“洗”盆做受迫振动。 (2)手掌摩擦盆耳到一定节奏时，“洗”盆发生了共振。 知识点一　阻尼振动的理解 如图所示，一位大人带着小朋友荡秋千， (1)如果大人开始时只推了小朋友一次，使小朋友自己荡起秋千，以后秋千振动是什么振动？振幅怎样变化？ (2)为了保证秋千的振幅不变，每次小朋友荡到最高点时大人就适当用力推一次小朋友，则秋千振动可以认为是什么振动？ 提示：(1)秋千振动是阻尼振动，振幅越来越小。 (2)秋千振动是无阻尼振动。 1．对阻尼振动的理解 (1) 产生原因：当振动系统受到阻力的作用时，即振动受到了阻尼时，系统克服阻尼的作用要做功，消耗机械能，因而振幅减小，最后停下来。其振动图像如图所示。 (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)阻尼振动过程中振幅虽不断减小，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。 2．无阻尼振动(等幅振动) 如果振动物体从外界取得能量，恰好能补偿因阻尼产生的能量损失，这时它的振幅将保持不变，称为无阻尼振动。 学生用书↓第63页 (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．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 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，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，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，D错误。] 　　特别提醒 理解阻尼振动要从两个方面入手 (1)从振动能量上来讲，由于阻力做负功，振动物体的机械能逐渐减小，振幅逐渐变小，但由于振动中动能与势能相互转化，不能说下一时刻的动能或