(讲义)第2章 第5节 生活中的振动-【提分教练】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第一册(鲁科版2019)

第5节　生活中的振动 1．了解阻尼振动和阻尼振动的图像，掌握受迫振动的概念，知道受迫振动与驱动力的关系． 2．会分析简谐运动、阻尼振动、受迫振动的特点，能比较它们的异同． 3．通过做受迫振动的实验，了解受迫振动的特点及共振的条件． 4．能分析受迫振动、阻尼振动在生产、生活中的利弊，知道共振的应用与防止． 知识点一　阻尼振动 1．定义 阻尼振动是指振幅逐渐减小的振动．振动系统受到的阻力越大，振幅减小得越快． 2．产生的原因 振动物体需不断克服阻力做功，系统的机械能不断减小，振幅也不断减小． 3．图像 如图所示，振幅逐渐减小，最后停止振动． 　阻尼振动的振幅逐渐减小，但频率不发生变化． 1．思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)做阻尼振动的物体因克服阻力做功，它的机械能逐渐减小． (√) (2)阻力越大，物体的振幅减小得越快． (√) (3)阻尼振动振幅逐渐减小时，其固有频率也逐渐减小． (×) 知识点二　受迫振动与共振 1．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：在周期性外力作用下产生的振动． (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． 2．共振 (1)条件：驱动力的周期(或频率)等于物体的固有周期(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． 3．共振的应用与防止 (1)共振的应用 在应用共振时，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，驱动力频率与系统的固有频率相差越大越好． 　受迫振动的振幅有什么特点？ 提示：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． 2．思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)做受迫振动的物体其频率由自身决定． (×) (2)驱动力的频率越大振动物体振幅越大． (×) (3)共振的条件是驱动力的频率等于物体的固有频率． (√) 3．填空 用扁担挑水时，有时桶里的水会荡得厉害，并从桶中溅出来，这是因为产生了共振现象． (1)在实际振动中，由于阻力的存在而使振动会慢慢停止，怎样才能使受阻尼作用的振动物体的振幅不变，且一直振动下去呢？ (2)洗衣机启动和停止时，随着电机转速的变化，有时洗衣机会振动得很厉害，这是什么原因？ 提示：(1)我们通常给系统加一个周期性的外力，来补偿系统的机械能量的损失，使系统持续的振动下去． (2)当洗衣机电机转动的频率等于洗衣机的固有频率时，发生了共振现象，这时洗衣机振动得很厉害． 考点1　阻尼振动、受迫振动与简谐运动的比较 三者对比表 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 角度1　阻尼振动 【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，选项A和D对；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)，故选项B、C错．] 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． 角度2　受迫振动 【典例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，选项A正确．] [跟进训练] 1．(角度1)(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A