6 受迫振动 共振 [定位·学习目标] 1.通过阅读教材,知道阻尼振动、驱动力、受迫振动、共振等概念,形成物理观念。2.通过实例知道受迫振动的频率由驱动力的频率决定,知道共振的条件,认识共振曲线,掌握科学思维。3.经历共振条件探究的过程,进一步理解共振现象,体会振动与生活、生产的关系,培养学以致用的意识。 知识点一 振动中的能量损失 探究新知 1.固有振动和固有频率 如果振动系统在没有外力干预的情况下做简谐运动,周期或频率与振幅无关,仅由系统自身的性质决定,这种振动称为固有振动,其振动频率称为固有频率。 2.阻尼振动 (1)阻尼振动:振动系统受到摩擦力、黏滞力等阻碍作用,振幅随时间逐渐减小的振动,如图所示。 (2)振动系统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。 正误辨析 (1)固有频率由系统本身决定。( √ ) (2)阻尼振动的频率不断减小。( × ) (3)阻尼振动是机械能不断减少的振动,它一定不是简谐运动。( √ ) (4)单摆的振幅越来越小,是因为其能量在不断消失。( × ) 知识点二 受迫振动 探究新知 1.驱动力 作用于振动系统的周期性的外力。 2.受迫振动 (1)定义:系统在驱动力作用下的振动。 (2)受迫振动的频率(周期):物体做受迫振动达到稳定后,物体振动的频率等于驱动力的频率,与物体的固有频率无关。 新知检测 生活中会见到一阵风吹过树枝,使树枝左右摇摆,一会儿树枝就会停下来。荡秋千的小朋友在一旁大人的不断推动下不停地摆动。请思考以下两个问题。 (1)树枝的运动是什么运动 (2)秋千的摆动是什么运动 【答案】 (1)阻尼振动。 (2)受迫振动。 知识点三 共振现象 探究新知 1.定义:当驱动力的频率等于固有频率时,物体做受迫振动的振幅达到最大值的现象。 2.条件:驱动力频率等于物体的固有频率。 3.特征:共振时受迫振动的振幅最大。 4.共振曲线:如图所示。表示受迫振动的振幅A与驱动力频率f的关系图像,图中f0等于物体的固有频率。 正误辨析 (1)驱动力频率越大,振幅越大。( × ) (2)共振是物体做受迫振动时的一种特殊现象。( √ ) (3)做受迫振动的物体一定会发生共振。( × ) (4)共振只有害处没有好处。( × ) 要点一 阻尼振动和受迫振动 情境探究 如图所示的装置,通过摇动把手可以对弹簧振子施加驱动力作用。 探究:(1)通过摇动把手可以对弹簧振子施加周期性的驱动力时振子做什么振动 其振动频率怎样 (2)撤掉外力后振子做什么振动 其振动频率怎样 其振幅怎样变化 【答案】 (1)振子做受迫振动,其振动频率等于驱动力的频率,即摇动把手的频率。 (2)振子做阻尼振动,其振动频率等于固有频率。振子在振动过程中由于克服阻力做功,振动强度逐渐减弱,振幅越来越小。 要点归纳 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.受迫振动是物体做阻尼振动时在周期性驱动力作用下的振动。 4.三者对比列表如下: 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 典例研习 [例1] (对阻尼振动的理解)(多选)(2025·湖南衡阳阶段检测)如图所示是一个弹簧振子做阻尼振动的振动图像,曲线上A、B两点的连线与横轴平行。下列说法正确的是( ) [A]振子在A时刻的动能等于在B时刻的动能 [B]振子在A时刻的势能等于在B时刻的势能 [C]振子在A时刻的机械能大于在B时刻的机械能 [D ... ...
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