2025年高二物理同步培优讲练（人教版选择性必修第一册）2.6 受迫振动（解析版）.docx

2.6受迫振动

物理素养

学习目标

1.物理观念：①会用单摆测量重力加速度的大小。②能正确熟练地使用游标卡尺和停表。

2.科学思维：①能正确利用处理和分析数据。②能对实验进行误差分析并改进。

3.科学探究:能完成实验：通过实验探究,测量当地的重力加

速度。

4.科学态度与责任：经历实验过程,培养动手能力和合作意识。

1.知道什么是阻尼振动和受迫振动，会用能量的观点分析阻尼振动的振幅变化和受迫振动的共振现象。

2.通过实验认识固有频率、驱动力频率和振动频率之间的区别和联系，了解产生共振的条件，认识共振是受迫振动的一种特殊情况。

3.能够根据实际生活中的振动特点，应用振动的规律解释与解决相关问题。

重点关注：①阻尼振动②受迫振动③固有频率、驱动力频率④共振

（一）课前研读课本，梳理基础知识

一、振动中的能量损失

1．固有振动和固有频率

①固有振动：振动系统在没有外力干预的情况下的振动。

②固有频率：固有振动的频率。

2．阻尼振动

①阻尼振动：振动系统受到阻碍作用时，振幅随时间逐渐减小的振动，其振动图像如图所示。

②振动系统能量衰减的两种方式

Ⅰ、振动系统受到摩擦阻力作用，机械能逐渐转化为内能。

Ⅱ、振动系统引起邻近介质中各质点的振动，能量向四周辐射出去，从而自身的机械能减少。

二、受迫振动

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，其振动频率总等于驱动力的频率，与物体的固有频率无关。

三、共振现象及其应用

1．定义：驱动力的频率f等于物体的固有频率f0时，物体做受迫振动的振幅达到最大值，这种现象称为共振。

2．共振曲线(如图所示)

（二）辨析

1.实际的弹簧振子的运动是阻尼振动吗?

【答案】实际的弹簧振子在运动中除受弹力外,还受阻力的作用,振幅逐渐减小,因此振子做的是阻尼振动。当阻尼很小时,在不太长时间内看不出振幅有明显的减小,于是就可以把它当作简谐运动来处理。

2.系统做阻尼振动时什么变化?什么不变?

【答案】振幅和振动系统的机械能变化，振动的周期和频率不变。

3.物体做受迫振动时,振动频率由什么决定?

【答案】振动频率由驱动力的频率决定。做受迫振动的物体,其振动频率总等于驱动力的频率,与物体的固有频率无关。

4.做受迫振动的物体一定会发生共振吗?

【答案】不一定。物体做受迫振动时，当驱动力的频率等于固有频率时,才会发生共振,即发生共振的物体一定做受迫振动,做受迫振动的物体不一定发生共振。

5.用扁担挑水前进时,有时桶里的水会荡得厉害，并从桶中溅出来,这是为什么?

【答案】人挑水时,通过扁担对水桶施加周期性的驱动力,当驱动力的频率等于桶里水的固有频率时,水发生共振,水的动荡就越来越厉害,就会从桶中溅出来。

【题型一】振动中的能量损失

【点拨】

【点拨】

1．阻尼振动的振幅、周期和频率特点

物体在做阻尼振动的过程中，振幅逐渐减小，但其周期是由振动系统本身决定，与振幅大小无关，振动过程中周期和频率保持不变。

2．阻尼振动的能量特点

物体在做阻尼振动的过程中，总机械能逐渐减小，物体位移大小相等时，势能大小相等，但动能与上一次相比将减小。

3.阻尼振动的理解

理解阻尼振动要从两个方面入手:一是从振动能量上来讲,由于阻力做功,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;二是从振动周期、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。

特别提醒

(1)阻尼振动的频率:阻尼振动中振幅虽逐渐减小,但振动频率不会变化,此频率称为固有频率,由振动系统决定。

(2)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,可认为是简谐运动。

【典型例题1】（23-24高二下·河北张家口·阶段练习）如图所示为一个水平的弹簧振子做阻尼振动的图像，曲线上A、B两点的连线与横轴平行，下列说法正确的是（）

A．振子在时刻的动能等于时刻的动能

B．振子在时刻的速度大于时刻的速度

C．振子在时刻的弹性势能小于时刻的弹性势能

D．振子在时刻的机械能等于时刻的机械能

【答案】B

【详解】D．由于弹簧振子做阻尼振动，所以时刻的机械能大于时刻的机械能，故D错误；

C．由于弹簧的弹性势能仅与弹簧的形变量（即振子的位移）有关，、时刻弹簧的形变量相等，故弹性势能相等，故C错误；

AB．时刻的机械能大于时刻的机械能，而、时刻弹性势能相等，可知振子在时刻的动能大于时刻的动能，振子在时刻的速度大于时刻的速度，故A错误，B正确。

故选B。

【对点训练1】（23-24高二上·湖南湘潭·期末）（多选）如图所示为一个弹簧振子做阻尼的振动图像，曲线上A、B两点的