第二章 第六节 受迫振动 共振-【正禾一本通】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第一册同步课堂高效讲义教师用书（人教版2019）

第六节 受迫振动　共振 课标要求 核心素养 1．通过实验，认识受迫振动的特点。 2．了解产生共振的条件及其应用 1．物理观念：知道什么是阻尼振动，什么叫驱动力，什么叫受迫振动。 2．科学思维：能举出受迫振动的实例，知道受迫振动的频率由驱动力的频率决定。 3．科学探究：知道什么是共振以及发生共振的条件 　高效导学第一步　预习新知，落实必备知识 一、振动中的能量损失 1．固有振动和固有频率 如果振动系统不受外力的作用，此时的振动叫作固有振动，其振动频率称为固有频率。 2．阻尼振动 (1)阻力作用下的振动：当振动系统受到阻力的作用时，振动受到了阻力，系统克服阻力的作用要做功，消耗机械能，因而振幅减小，最后停下来。 (2)阻尼振动：振幅随时间逐渐减小的振动。振动系统受到的阻力越大，振幅减小得越快，阻尼振动的图像如图所示，振幅越来越小，最后停止振动。 二、受迫振动 1．驱动力：作用于振动系统的周期性的外力。 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：做受迫振动的系统振动稳定后，其振动频率等于驱动力的频率，跟系统的固有频率没有关系。 三、共振现象及其应用 1．定义：当驱动力的频率等于振动物体的固有频率时，物体做受迫振动的振幅达到最大值的现象。 2．条件：驱动力频率等于系统的固有频率。 3．特征：共振时受迫振动的振幅最大。 4．共振曲线：表示受迫振动的振幅A与驱动力频率f的关系图像，如下图所示。图中f0为振动物体的固有频率。 【概念辨析·试身手】 (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)阻尼振动的振幅不断减小。(√) (4)受迫振动的频率等于振动系统的固有频率。(×) (5)驱动力频率越大，振幅越大。(×) 　高效导学第二步　课堂探究，培优关键能力 要点一 | 简谐运动、阻尼振动与受迫振动 【要点培优】 三种振动的比较 项目 固有振动 阻尼振动 受迫振动 概述 振动图像(x­t图像)是一条正弦曲线 振幅逐渐减小的振动 振动系统在驱动力作用下的振动 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 大小不确定 振动 图像 形状不确定 振动 能量 振动物体的机械能不变 机械能逐渐减小 驱动力对振动系统做功，补偿系统的能量损耗 常见 例子 弹簧振子或单摆 敲锣打鼓时发出的声音越来越弱 机器运转时底座发生的振动 [思考·探究] 如下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。 探究：(1)如果手柄不动而用手拉动一下振子，从振幅角度看弹簧振子的振动属于什么振动？ (2)从没有系统外力作用角度看弹簧振子的振动属于什么振动？ (3)手柄匀速摇动时，观察到振幅有什么变化？为什么？ (4)用不同的转速匀速转动手柄，弹簧振子的振动有何不同？这能说明什么问题？ 提示：(1)阻尼振动； (2)固有振动； (3)振幅不变，提供系统外力，补偿系统损失的能量； (4)转速大时弹簧振子振动得快，说明弹簧振子振动的周期和频率由手柄转速决定。 【应用培优】 [例1] (多选)下图所示的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M时刻的动能等于N时刻的动能 B．摆球在M时刻的势能等于N时刻的势能 C．摆球在M时刻的机械能等于N时刻的机械能 D．摆球在M时刻的机械能大于N时刻的机械能 解析：选BD。单摆做阻尼振动，因此摆球机械能不断减少，所以摆球在N时刻动能比M时刻动能小，选项A、C错误，D正确；由题图又看出M、N两时刻单摆的位移相同，即在同一位置，摆球势能相同，选项B正确。 [训练] 1.如图所示的装置，弹簧振子的固有频率是4 Hz。现匀速转动把手，给弹簧振子以周期性的驱动力，测得弹簧振子振动达到稳定时的频率为1 Hz，则把手转动的频率为(　　 ) A．1 Hz B．3 Hz C．4 Hz D．5 Hz 解析：选A。受迫振动的频率等于驱动力的频率，把手转动的频率为1 Hz，选项A正确。 要点二 | 共振 【要点培优】 1．共振的条件：驱动力的频率与系统的固有频率相等，即f驱＝f0。 2．共振曲线 (1)两坐标轴的意义： 纵轴：受迫振动的振幅；横轴：驱动力频率。如图所示 (2)f0的意义：表示固有频率。 (3)认识曲线形状：f＝f0，共振；f＞f0或f＜f0，振幅较小。f与f0相差越大，振幅越小。 (4)结论：驱动力的频率f越接近振动系统的固有频率f0，受迫振动的振幅越大，反之振幅越小。 3．共振的应用与防止 (1)通过减小驱动力周期与固有周期的差距应用共振。 (2)通过增大驱动力周期与