第2章 6 受迫振动 共振(Word教参)-【精讲精练】2025-2026学年高中物理选择性必修第一册(人教版)江苏专版
6 受迫振动 共振
[学业要求与核心素养]
物理观念 | 科学思维 |
1.知道阻尼振动和无阻尼振动,并能从能量的观点给予说明。 2.知道受迫振动的概念。知道受迫振动的频率等于驱动力的频率,而跟振动物体的固有频率无关。 | 理解共振的概念,知道常见的共振的应用和危害。 |
[对应学生用书P57]
一、振动中的能量损失
1.固有频率
如果振动系统__不受__外力的作用,此时的振动叫作固有振动,其振动频率称为__固有频率__。
2.阻尼振动
(1)阻尼振动:指__振幅__逐渐减小的振动。振动系统受到的__阻尼__越大,__振幅__减小越快。
(2)阻尼振动的图像:如图,振幅__逐渐减小__,最后停止振动。
二、受迫振动
阅读教材,并回答:
本节教材“做一做”中图2.6-2实验现象说明了什么?
答 见教材
[概念·规律]
1.驱动力:如果存在阻尼作用,振动系统最终会停止振动。为了使系统持续振动下去,对振动系统施加的__周期性__的外力,叫作驱动力。
2.受迫振动:系统在__驱动力__作用下的振动叫受迫振动。
3.受迫振动的频率:做受迫振动的物体振动稳定后,其振动频率等于__驱动力__的频率,与物体的__固有频率__无关。
三、共振现象及其应用
阅读教材,并回答:
本节教材“做一做”中图2.6-3实验
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(1)各摆的固有频率取决于什么?
(2)B、C、D 三个摆在驱动力的作用下开始摆动,它们做受迫振动的频率相同吗?
(3)三个摆的振幅与它们的固有频率有什么关系?
(4)你认为驱动力的频率与固有频率满足什么关系,才能使受迫振动的振幅最大?
答 (1)摆长。 (2)相同。 (3)驱动力的频率与固有频率越接近,振幅越大。 (4)相等。
[概念·规律]
1.条件:驱动力频率__等于__物体的固有频率。
2.特征:在无阻尼受迫振动中,共振时受迫振动的__振幅__最大。
3.共振曲线:如图所示。
(1)受迫振动的频率与振动系统的固有频率无关。( )
(2)驱动力频率越大,振幅越大。( )
(3)共振只有害处没有好处。( )
(4)做受迫振动的物体一定会发生共振。( )
(5)阻尼振动的频率随振幅的减小而不断减小。( )
答案 (1)√ (2)× (3)× (4)× (5)×
[对应学生用书P58]
探究点一 比较简谐运动、阻尼振动和受迫振动
振动类型比较项目 | 简谐运动 | 阻尼振动 | 受迫振动 |
概述 | 振动图像(x-t图像)是一条正弦曲线 | 振幅逐渐减小的振动 | 振动系统在驱动力作用下的振动 |
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 | ||
振动能量 | 振动物体的机械能不变 | 能量逐渐减小 | 由产生驱动力的物体提供 |
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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 |
单摆做阻尼振动的振动图线如图所示,下列说法正确的是( )
A.摆球在A时刻的动能等于B时刻的动能
B.摆球在A时刻的势能大于B时刻的势能
C.摆球在A时刻的机械能等于B时刻的机械能
D.摆球在A时刻的机械能大于B时刻的机械能
[审题探究] 单摆做阻尼振动,机械能减少。
[解析] 在单摆振动过程中,因不断克服空气阻力做功使动能逐渐转化为内能,故选项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重力势能仍在不断地相互转化,由于A、B两时刻,单摆的位移相等,所以重力势能相等,但动能不相等,故选项A、B错误。
[答案] D
●核心素养·思维升华
阻尼振动及能量变化
(1)阻尼振动与简谐运动的关系:实际的振动都会受到阻力的作用,是阻尼振动。当阻力很小时,可以认为是简谐运动。
(2)机械能E等于动能Ek和势能Ep之和,即E=Ek+Ep,阻尼振动中,E减小,但动能和势能仍相互转化。
1.一单摆在空气中振动,振幅逐渐减小,下列说法正确的是( )
A.振动的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.后一时刻的机械能可能小于前一时刻的机械能
解析 单摆振动过程中,会不断克服空气阻力做功使机械能逐渐转化为内能,A对,D错;虽然单摆总的机械能在逐渐减少,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,动能逐渐减少,势能逐渐增加,而势能转化为动能时,势能逐渐减少,动能逐渐增加,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、
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