第二章 5 阻尼振动 受迫振动-【导与练】2023-2024学年高中物理选择性必修第一册同步全程学习全书word（新教材，教科版）

5　阻尼振动　受迫振动 [学习目标] 1.了解阻尼振动和阻尼振动的图像。 2.掌握受迫振动的概念,知道受迫振动与驱动力的关系。 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　阻尼振动 1.阻尼振动 (1)定义:阻尼振动是指物体受到阻力的作用,振动逐渐减弱,振幅逐渐变小,振动能量逐步转变为其他能量的振动。 (2)图像:如图所示,振幅逐渐减小,最后停止振动。 2.自由振动 (1)自由振动。 ①定义:系统不受外力作用,只在自身回复力作用下的振动。 ②自由振动的频率,叫作系统的固有频率。固有频率由系统本身的特征决定。 (2)无阻尼振动:不受任何阻力,没有任何能量损耗,振幅保持不变的振动。 知识点二　受迫振动 　受迫振动 (1)驱动力:给振动物体施加的一个周期性的外力。 (2)受迫振动:系统在驱动力作用下的振动。 (3)受迫振动的周期或频率:物体做受迫振动时,振动稳定后的周期(或频率)总等于驱动力的周期(或频率),与物体的固有周期(或固有频率)无关。 知识点三　共振 1.定义:振动物体做受迫振动时,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。 2.共振曲线:如图所示。 知识点四　共振的应用和防止 1.共振的应用:在应用共振时,应使驱动力的频率接近或等于振动系统的固有频率,振动将更剧烈。 2.共振的防止:在防止共振时,驱动力的频率与系统的固有频率相差越大越好。 1.思考判断 (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.思维探究 (1)前面我们学习过的弹簧振子的运动是属于简谐运动还是阻尼振动呢? 答案:实际的弹簧振子在运动中除受到弹力之外,还受到阻力的作用,振幅逐渐减小,即做的是阻尼振动。如果阻力很小,可以忽略,那么振子的运动就是只在回复力作用下的运动,是简谐运动。 (2)用扁担挑水时,有时桶里的水会荡得厉害,并从桶中溅出来,这是为什么? 答案:挑水时,由于行走时肩膀的起伏,人通过扁担对水桶的作用,使水因受到周期性的驱动力而产生受迫振动,当驱动力频率接近或等于桶里水的固有频率时,水桶里的水就发生共振,所以水的动荡越来越厉害,直到溅出来。 要点一　阻尼振动、受迫振动与简谐运动的比较 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,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? 答案:(1)阻尼振动。 (2)自由振动。 (3)振幅不变。匀速摇动手柄可以为弹簧振子周期性的提供系统外力,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。 三种振动的对比 比较项目 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 [例1] (多选)将测力传感器接到计算机上可以测量快速变化的力,将单摆挂在测力传感器的探头上,测力探头与计算机连接,用此方法测得的单摆摆动过程中摆线上拉力的大小随时间变化的曲线如图所示,g取10 m/s2。某同学由此图像提供的信息作出了下列判断,其中正确的是(　BC　) A.摆球的周期T=0.5 s B.摆球的周期T=2 s C.t=0.5 s时摆球正经过最低点 D.摆球运动过程中周期越来越小 解析:由题图可知,单摆两次拉力极大值的时间差为1 s,所以单摆的振动周期为2 s,A错误,B正确;t=0.5 s时摆线的拉力最大,所以摆球正经过最低点,C正确;摆线拉力的极大值发生变化,说明摆球在最低点时的速度大小发生了变化,所以摆球做阻尼振动,振幅越来越小,但运动过程中单摆的周期不变,D错误。 (1)对阻尼振动的理解。 ①由于阻力做功,振动系统的机械能逐渐减小,振幅逐渐变小。 ②周期和频率由振动系统本身决定,阻尼振动中周期和频率不变。 (2)对受迫振动的理解。 ①受迫振动的频率等于驱动力的频率,与固有频率无关。 ②驱动力频率越接近固有频率,振幅越大。 [针对训练1] (多选)如