高中物理中的机械“共振”现象

邓兆瑞

摘 要：本文对机械“共振”现象的定义、原理等相关知识点进行了简单介绍，同时从原子结构、声学、电学等多个角度多高中物理知识中的机械“共振”现象展开了分析，最后列举了一些生活中对机械共振现象的应用。

关键词：高中物理；机械共振；电磁波

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）32-0041-01

引 言

机械“共振”现象不仅在现实生活中十分常见，同时在很多高中物理知识中也有着一定的体现，如果能够通过共振现象将这些物理知识与机械振动知识联系起来，那么物理知识学习就能够形成一个相互关联、联系密切的知识体系。从而达到融会贯通的效果。

1 机械“共振”现象概述

共振是物理学领域中一种十分常见的现象，同时也是一个专业术语，其主要是指一物理系统在特定频率下，比其他频率以更大的振幅做振动的情形，而从常规意义上来讲，这一共振现象基本都属于机械“共振”。同时在高中物理教科书中，也同样对机械“共振”现象做出了明确的定义，即受迫振动振幅最大的现象，而受迫振动则是指物体在周期性外力（驱动力）的作用下所产生的振动，这种振动现象是相对于自有振动而言的。在稳定的情况下，受迫振动的周期等同于驱动力的周期，但与物体的固有周期无关，因而当物体出现受迫振动时，其振幅会先随着驱动力频率的升高而不断增大，在到达最大值后，则会隨着频率的升高而缩小，而机械共振自然也就是指当首破振动的振幅达到最大值时的现象，同时也可以将机械共振看作是受迫振动的一种特例。

2 高中物理知识中的机械“共振”现象

2.1 原子结构中的共振

原子结构中的共振现象主要是指能量吸收中的共振吸收形式，而在高中物理知识中，涉及这一问题的则是波尔原子模型。波尔的原子理论时是以能级假设、跳迁假设以及轨道量子化假设为基础的，其中能级假设是指原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量；而跳迁假设则是指当原子从一种定态跃迁到另一种定态时，会辐射或吸收一定频率的光子。当电子从高能态像低能态跃迁时为能量释放，而从低能态向高能态跃迁则为能量吸收，能量吸收需要通过外来光子向核外电子的能量传递来实现，如光子频率满足电子跃迁的能量差，那么就会出现共振吸收的现象。

2.2 声学中的共振

在声学方面，共振现象又被称为共鸣，简单来说就是当物体在共振的情况下共同发出声音，而共鸣现象则正是高中物理中的重要知识。高中物理中共鸣这一知识点可通过简单的实验现象来进行理解，即两个频率相同且带有共鸣箱的音叉，之后用小槌打击音叉A的叉股，在音叉A发声后，再用手按住音叉A的叉股，使A停止发声，这时我们可以发现，音叉B虽然未被敲打，但仍然发出了声音。这主要是因为：音叉A的被敲时发生了振动，并在空气中激起声波，而声波有传到音叉B，给音叉B以周期性的驱动力，同时由于音叉A、B的固有频率相同，符合产生共振的条件，因此B的振幅最大，自然也就能够在不敲打音叉B的情况下使音叉B发出声音，而这种现象正是共鸣现象，同时也可以看作是声音中的共振现象。

2.3 电学中的共振

在高中物理的电学知识中，共振现象也同样有所体现，例如在电磁波的发射与接收这一课程中，电磁波的接收过程中震荡电路就会出现共振现象。一般来说，电磁波接收过程中的振荡电路的状态是完全不同的，而根据震荡电路不同的状态，其出现的振动现象也完全不同。其中当振荡电路为非理想状态且有电阻时，电阻会发热并成为阻尼振动；当振荡电路中有外加的周期性电动势作用时，震荡电路振动则会将成为受迫振动；而当外加电动势的频率与电路自由振荡的固有频率ω相同时，接收电路中产生的振荡电流最强，振幅也会达到最大值，而这种振动现象自然也就被称为电磁共振或电谐振，相当于机械振动中的共振。

3 机械“共振”现象在现实生活中的应用

在现实生活中，机械共振的应用同样是十分广泛的。首先在军事方面，信息通讯技术不发达的古代常常会利用共振现象来制作共鸣器，从而实现军情预警，例如唐代的军队中普遍配备一种叫空胡鹿的行军枕，这种行军枕由皮革制成，枕头的内部能够形成空穴，当远处产生声音时，声音能够通过地面传播到空穴，并在空穴处产生交混回响，这样一来，敌人的动向、远近、人数等就能够通过空穴中的交混回响判断出来，从而达到“凡人马行在三十里外，东西南北皆响闻”的效果。另外，在建筑施工领域，共振现象的应用同样非常常见，例如当建筑工人在浇灌混凝土的墙壁或地板时，为了提高质量，常常会使用振荡器进行震荡，从而是混凝土更加密实，而振荡器恰恰是利用共振现象的原理进行工作的。

4 结束语

总而言之，机械共振现象在高中物理知识不仅局限于机械振动知识，同时在原子结构、光学、电学、声学等不同领域的物理知识之中，我们在学习物理知识时如果能够将其联系起来，那么对知识点的深入分析与理解就能够起到非常大的帮助。

参考文献

[1]任燕敏.高中物理教学中的疑难问题分析[J].学周刊，2017（23）：66～67.

[2]蔡向阳.高中物理核心概念及其学习进阶分析[J].华夏教师，2016（03）：30～31.

收稿日期：2018-10-5