第2章 第5节 生活中的振动-【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（鲁科版2019）

第5节　生活中的振动 【核心素养目标】 物理观念 阻尼振动、受迫振动、共振、驱动力。 科学思维 利用共振曲线理解共振。 科学探究 利用弹簧振子探究共振的条件。 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 对于一个振动系统，若振动物体偏离平衡位置后，仅在回复力作用下的振动称为自由振动。 2．阻尼振动 振幅不断减小的振动称为阻尼振动，其振动图像如图所示。 二、受迫振动与共振 1．驱动力：周期性的外力作用于振动系统，外力对系统做功，不断补充系统的能量，使系统的振动维持下去。这种周期性的外力叫作驱动力。 2．受迫振动：在周期性外力作用下产生的振动叫作受迫振动。 3．受迫振动的频率：做受迫振动的物体振动稳定后，其振动的周期(或频率)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。 4．共振现象 (1)定义：当驱动力的周期(或频率)与物体的固有周期(或固有频率)相等时，物体做受迫振动的振幅最大，这种现象称为共振。 (2)条件：驱动力频率等于物体的固有频率。 (3)受迫振动振幅与驱动力频率的关系 三、共振的应用与防止 1．应用：⑴共振破碎机，⑵音叉共鸣箱，⑶电磁波接收中的电谐振。 2．防止：在轮船、桥梁、机电设备等的设计、制造、安装中，都必须考虑防止共振产生的危害，以保证建筑和设备的安全。 1．判断正误 (1)简谐运动是等幅振动。(　　) (2)阻尼振动系统的频率是逐渐减小的。(　　) (3)单摆的周期T＝2π ，根据周期与频率的关系可知f＝＝ ，则此频率为单摆的固有频率。(　　) (4)发生共振的物体所做的振动必定是受迫振动，其振动频率等于驱动力的频率。(　　) (5)生活中应尽量使驱动力的频率接近振动系统的固有频率。(　　) (6)当驱动力的频率增大时，振动的振幅也一定增大。(　　) 答案：　(1)√　(2)×　(3)√　(4)√　(5)×　(6)× 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　简谐运动、阻尼振动与受迫振动的比较 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．简谐运动是一种理想化的模型，物体运动过程中的一切阻力都不考虑。 2．阻尼振动考虑阻力的影响，是更实际的一种运动。 3．受迫振动是物体受到周期性驱动力作用下的振动。 4．三者对比列表如下 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 某物理学习小组制作了一个实验装置，如图所示，在曲轴A上悬挂一个弹簧振子，如果转动把手，曲轴可以带动弹簧振子上下振动，求： (1)开始时不转动把手，而用手往下拉振子，然后放手让振子上下振动，测得振子在10 s内完成40次全振动，(不计空气阻力和摩擦)振子做什么运动？其固有周期和固有频率各是多少？若考虑摩擦和空气阻力，振子做什么运动？ (2)某同学若以转速8 r/s匀速转动把手，振子的振动稳定后，振子做什么运动？其周期和频率各是多少？ 解析：　(1)用手往下拉振子使振动系统获得一定能量，放手后，在不计空气阻力和摩擦的情况下，振子因所受回复力与位移成正比，方向与位移方向相反(F＝－kx)，故它做简谐运动，其周期和频率是由它本身的性质决定的，称固有周期(T固)和固有频率(f固)，根据题意可得：T固＝ s＝0.25 s，f固＝ Hz＝4 Hz；当摩擦和空气阻力存在时，振子在振动过程中要克服摩擦力和阻力做功消耗能量，导致其振幅越来越小，故振动为阻尼振动。 (2)由于把手转动的转速为8 r/s，它给弹簧振子的驱动力频率为f驱＝8 Hz，周期T驱＝ s＝0.125 s，故振子做受迫振动，振动达到