2018_2019版高中物理第1章机械振动1.5受迫振动与共振学案沪科版选修

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1、1.5　受迫振动与共振[学习目标]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.3.理解共振的概念，知道常见的共振的应用和危害．1．振动系统在振动过程中由于受到介质阻力作用而不断损失机械能，致使振幅不断减小，这种振动叫做阻尼振动．2．振动系统在周期性变化的外力作用下，得到了能量补偿，使振动持续下去，这种外力叫做驱动力，系统在周期性变化的驱动力作用下的振动叫做受迫振动．3．振子做自由振动时的频率叫做振动系统的固有频率．4．物体做受迫振动时，振动稳定后的频率等于驱动力的频率，跟物体自身的固有频率

2、无关．5．当驱动力的频率跟物体的固有频率相等时，物体做受迫振动的振幅最大，这种现象叫做共振.一、振动中的能量损失[导学探究]1．在研究弹簧振子和单摆振动时，我们强调忽略阻力的影响，它们做的振动都属于简谐运动．如图1所示，置于空气中的弹簧振子振动时，它的振幅有没有变化？它会一直振动下去吗？图1答案　振子在空气中振动时，振幅缓慢减小，最终会停止振动．2．若将振子浸没在水中，振子的振动情况有什么明显变化？10答案　振子在水中振动时，会发现振幅明显减小，振动很快停止．[知识深化]1．对阻尼振动的理解(1)同一简谐运动能量的大小由振幅的大小确定．(2)阻尼振动中振幅减小的快慢跟所受阻尼的大小有关

3、，阻尼越大，振幅减小得越快．(3)物体做阻尼振动时，振幅虽不断减小，但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．例如，用力敲锣，由于锣受到空气的阻尼作用，振幅越来越小，锣声减弱，但音调不变．(4)阻尼振动若在一段不太长的时间内振幅没有明显的减小，可以把它当作简谐运动来处理．2．阻尼振动和无阻尼振动的比较振动类型比较内容阻尼振动无阻尼振动产生条件　受到阻力作用不受阻力作用或受到阻力作用，但外界补充能量振幅如果没有能量补充，物体的振幅会越来越小　振幅不变振动图像实例用锤敲锣，由于锣的振动，发出响亮的锣声，但锣声越来越弱，振幅越来越小，属阻尼振动弹簧振子的振动，单摆的振动例

4、1　(多选)一单摆做阻尼振动，则在振动过程中(　　)A．振幅越来越小，周期也越来越小B．振幅越来越小，周期不变C．在振动过程中，通过某一位置时，机械能始终不变D．在振动过程中，机械能不守恒，周期不变答案　BD解析　该题考查阻尼振动的能量和周期．因单摆做阻尼振动，所以振幅越来越小，机械能越来越小，振动周期不变．二、受迫振动[导学探究]10如图2所示，若把弹簧振子挂在曲轴上，然后均匀转动曲轴，等到振动稳定后发现振幅不会减小，而且弹簧振子的频率与曲轴转动频率相等．当改变曲轴转动频率时，振子的频率也随之发生变化．图2(1)为什么振子的振幅不会减小？(2)振子受迫振动的频率与振子的固有频率、驱动

5、力的频率之间有什么关系？答案　(1)因为驱动力对其做功，周期性的补充能量，故振子的振幅不会减小．(2)振子受迫振动的频率与驱动力的频率相等，与振子的固有频率无关．[知识深化]1．受迫振动加在振动系统上的周期性外力，叫做驱动力．系统在驱动力作用下的振动叫做受迫振动．2．受迫振动的周期和频率物体做受迫振动时，振动稳定后的频率等于驱动力的频率，跟物体的固有频率无关．例2　如图3所示，在曲轴上悬挂一弹簧振子，转动摇把，曲轴可以带动弹簧振子上下振动．开始时不转动摇把，让振子自由上下振动，测得其频率为2Hz，然后以60r/min的转速匀速转动摇把，当振子振动稳定时，它的振动周期为(　　)图3A．0

6、.25sB．0.5sC．1sD．2s答案　C解析　弹簧振子受摇把的作用而振动，做受迫振动，所以其振动的周期等于驱动力的周期，故正确答案为C.三、共振及其产生的条件[导学探究]如图4所示，几个不同的单摆悬挂在同一根较粗的绳子上，其中A、D摆长相等，使A10摆摆动起来后，A摆的振动带动绳子做同样频率的晃动，就给了其他几个摆周期性变化的驱动力，使它们都振动起来．图4(1)B、C、D、E摆振动的频率是否相等？等于什么？(2)可观察到D的振幅最大，由此得出什么结论？答案　(1)B、C、D、E摆振动的频率都相等，等于A的振动频率．(2)当驱动力频率跟物体固有频率相等时，物体做受迫振动的振幅最大．[

7、知识深化]1．共振的条件驱动力的频率与物体的固有频率相等，即f＝f固．2．共振曲线如图5所示，共振曲线的横坐标为驱动力的频率，纵坐标为受迫振动物体的振幅．图5由共振曲线可知，当驱动力的频率与物体的固有频率相等时，受迫振动的振幅最大．3．共振的利用与防止(1)利用：由共振的条件知，要利用共振，就应尽量使驱动力的频率与物体的固有频率一致．如：共振筛、荡秋千、共振转速计等．(2)防止：由共振曲线可知，在需要防止共振危害时，要尽量使驱动力的频率与固有频