2.6 受迫振动　共振-【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（人教版2019）

6.受迫振动　共振 【学习目标】 学科知识 学科能力 学科素养 1.简谐运动、阻尼振动与受迫振动的对比 2.对共振的理解 1.了解阻尼振动过程中的能量损失及转化情况 2.知道受迫振动的概念及产生的条件 3.掌握产生共振的条件，知道常见的共振现象及应用 了解受迫振动、共振等概念的内涵；能说明与简谐运动、受迫振动及共振有关的一些应用实例，解释机械振动现象。培养学生形成与机械振动相关的运动观念、相互作用观念和能量观念 知识点一　振动中的能量损失 如图所示，一位大人推着小朋友荡秋千。 (1)如果大人开始时只推了小朋友一次，使小朋友荡起秋千，以后秋千振动的振幅怎样变化？这是什么振动？ (2)如果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，则秋千的振动是什么振动？ 提示：(1)秋千振动的振幅越来越小，是阻尼振动。 (2)秋千的振动是无阻尼振动。 1．固有振动和固有频率 (1)固有振动：没有外力干预的情况下、仅由系统自身的性质决定的振动。 (2)固有频率(周期)：固有振动的频率(周期)。 2．阻尼振动 (1)定义：振幅随时间逐渐减小的振动。 (2)能量衰减的两种方式 ①由于振动系统受到摩擦阻力的作用，使振动系统的机械能逐渐转化为内能。 ②由于振动系统引起邻近介质中各质点的振动，使能量向四周辐射出去，从而自身机械能减少。 【判断正误】 1．阻尼振动的振幅不断减小。(√) 2．阻尼振动系统的频率是逐渐减小的。(×) 3．固有频率是由振动系统本身决定的，与阻尼作用无关。(√) 1．对阻尼振动的理解 (1)产生原因：当振动系统受到阻力的作用时，即振动受到了阻尼时，系统克服阻尼的作用要做功，消耗机械能，因而振幅减小。其振动图像如图所示。 (2)振幅特点：阻尼振动的振幅减小的快慢跟所受阻尼的大小有关，阻尼越大，振幅减小得越快。 (3)频率特点：阻尼振动的频率仍由自身结构特点所决定，并不会随振幅的减小而变化。 2．无阻尼振动(等幅振动) 如果振动物体从外界取得能量，恰好能补偿因阻尼产生的能量损失，这时它的振幅将保持不变，称为无阻尼振动。 学生用书↓第63页 (2022·山东胶州市高二期中)如图是一单摆做阻尼振动的位移—时间图像，比较摆球在P与N时刻的下列物理量，正确的是( ) A．速率vP＝vN B．受到的拉力FP＞FN C．重力势能EpP＞EpN D．机械能EP＜EN B　[由于单摆在运动过程中要克服阻力做功，振幅逐渐减小，摆球的机械能逐渐减少，所以摆球在P点所对应时刻的机械能大于在N点所对应的机械能，摆球的势能是由摆球相对于零势能点的高度h和摆球的质量m共同决定的(Ep＝mgh)。单摆摆球的质量是定值，由于P、N两时刻摆球的位移大小相同，故在这两个时刻摆球相对零势能点的高度相同，重力势能也相同，但由于P点的机械能大于N点的机械能，所以P点对应时刻的动能大于在N点对应时刻的动能，根据动能的公式Ek＝mv2，可得速率vP＞vN，故A、C、D错误；由于P、N两时刻摆球的位移大小相同，所以其细线拉力与竖直方向上的夹角也相等，对单摆受力分析，根据牛顿第二定律得F－mgcos θ＝m，解得受到的拉力为FP＞FN，故B正确。故选B。] 规律总结 理解阻尼振动的两个方面 1．从振动能量上来讲，由于阻力做负功，振动物体的机械能逐渐减小，振幅逐渐变小，但由于振动中动能与势能相互转化，不能说下一时刻的动能或势能变小。 2．从振动周期、频率上看，周期与频率由振动系统本身决定，阻尼振动中周期、频率不变。 针对练1.(多选)如图为水平弹簧振子做阻尼振动的振动图像。下列说法中正确的是( ) A．振子在A时刻的动能等于B时刻的动能 B．振子在A时刻的势能等于B时刻的势能 C．振子在A时刻的机械能等于C时刻的机械能 D．振子在B时刻的机械能大于C时刻的机械能 BD　[振子做阻尼振动，因此机械能不断减小，D正确，C错误；A、B两时刻关于平衡位置对称，弹性势能相同，B正确；因机械能越来越小，所以B时刻动能小于A时刻动能，A错误。] 针对练2.(多选)如图是单摆做阻尼振动的振动图线，下列说法正确的是( ) A．振动过程中周期变小 B．振动过程中周期不变 C．摆球A时刻的势能等于B时刻的势能 D．摆球A时刻的动能等于B时刻的动能 BC　[阻尼振动中，单摆的振幅逐渐减小，由于周期与振幅无关，故振动过程中周期不变，A错误，B正确；因A、B两时刻的位移相同，故摆球A时刻的势能等于B时刻的势能，C正确；由于振动的能量逐渐减小，故摆球A时刻的动能大于B时刻的动能，D错误。] 知识点二　受迫振动　共振现象及其应用 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