(讲义)第2章 第5节 受迫振动 共振-【提分教练】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第一册(粤教版2019)

第五节　受迫振动　共振 1．知道什么是阻尼振动和受迫振动，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． 2．通过实验认识固有频率、驱动力频率与振动频率之间的区别与联系． 3．理解共振和共振产生的条件，知道共振的应用和防止． 知识点一　受迫振动的频率 1．等幅振动：振幅不变的振动． 2．阻尼振动：振幅逐渐减小的振动． 3．受迫振动：在外界驱动力作用下的振动． 4．固有频率：物体自由振动的频率，只与它们自身的参数有关． 知识点二　共振 1．条件：驱动力的周期(或频率)等于振动系统的固有周期(或固有频率)． 2．特征：共振时，物体受迫振动的振幅最大． 3．共振曲线：如图所示． 知识点三　共振的应用与防止 1．共振的应用 在需要利用共振时，应使驱动力频率接近或等于振动系统的固有频率，振动将更剧烈． 2．共振的防止 在防止共振时，应使驱动力频率与系统的固有频率保持一定差距． 1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)． (1)做阻尼振动的物体其振动频率不变． (√) (2)阻尼振动振幅逐渐减小时，其频率也逐渐减小． (×) (3)驱动力的频率越大振动物体振幅越大． (×) (4)共振的条件是驱动力的频率等于物体的固有频率． (√) 2．(多选)某一单摆由于受阻力作用，从开始摆动到逐渐停止的过程中(　　) 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，机械能始终不变 D．机械能不守恒，周期不变 BD　[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B、D正确，A、C错误．] 3．某振动系统的固有频率为f1，该振动系统在频率为f2的驱动力的作用下做受迫振动，系统的振动频率为(　　) A．f1　　B．f2　　C．f1＋f2　　D． B　[做受迫振动的系统，其振动频率等于驱动力的频率f2，故B正确．] (1)如图甲所示，生活中会见到阵风吹过树枝，使树枝左右摇摆，一会儿树枝就会停下来，树枝的运动是阻尼振动吗？ (2)如图乙所示，荡秋千的小朋友在一旁小朋友的不断推动下不停地摆动．秋千的运动是受迫振动吗？ 提示：(1)是．(2)是． 　　阻尼振动、受迫振动与简谐运动的比较 振动类型 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 频率不变 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 【典例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．机械能逐渐转化为其他形式的能 B．后一时刻的动能一定小于前一时刻的动能 C．后一时刻的势能一定小于前一时刻的势能 D．后一时刻的机械能一定小于前一时刻的机械能 [思路点拨]　(1)在阻尼振动中，振动系统的机械能减小，即动能和势能之和减小． (2)在一段较短的时间内，动能和势能不一定都减小，关键要看动能与势能之间是如何转化的． AD　[单摆振动过程中，因不断克服空气阻力做功，使机械能逐渐转化为内能，故A、D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不断地相互转化，动能转化为势能时，动能逐渐减小，势能逐渐增大，而势能转化为动能时，势能逐渐减小，动能逐渐增大，所以不能断言后一时刻的动能(或势能)一定小于前一时刻的动能(或势能)，故B、C错误．] 阻尼振动的三个特点 (1)振幅逐渐减小，最后停止振动． (2)系统的机械能逐渐减少，最后耗尽． (3)周期、频率不随振幅的变化而变化． [跟进训练] 训练角度1　阻尼振动的图线 1．(多选)如图所示是单摆做阻尼振动的振动图线，下列说法中正确的是(　　) A．摆球A时刻的动能等于B时刻的动能 B．摆球A时刻的势能等于B时刻的势能 C．摆球A时刻的机械能等于B时刻的机械能 D．摆球A时刻的机械能大于B时刻的机械能 BD　[在单摆振动过程中，因不断克服空气阻力做功使振动的能量逐渐转化为内能，故C错误，D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，故A错误，B正确．] 训练角度2　受迫振动 2．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 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，故A正确．] 　共振的特点 1．共振条件的理解 (1)从受力角度来看： 振动物体所受