高中物理中的機械“共振”現象

鄧兆瑞

摘 要：本文對機械“共振”現象的定義、原理等相關知識點進行了簡單介紹，同時從原子結構、聲學、電學等多個角度多高中物理知識中的機械“共振”現象展開了分析，最后列舉了一些生活中對機械共振現象的應用。

關鍵詞：高中物理；機械共振；電磁波

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）32-0041-01

引 言

機械“共振”現象不僅在現實生活中十分常見，同時在很多高中物理知識中也有著一定的體現，如果能夠通過共振現象將這些物理知識與機械振動知識聯系起來，那么物理知識學習就能夠形成一個相互關聯、聯系密切的知識體系。從而達到融會貫通的效果。

1 機械“共振”現象概述

共振是物理學領域中一種十分常見的現象，同時也是一個專業術語，其主要是指一物理系統在特定頻率下，比其他頻率以更大的振幅做振動的情形，而從常規意義上來講，這一共振現象基本都屬于機械“共振”。同時在高中物理教科書中，也同樣對機械“共振”現象做出了明確的定義，即受迫振動振幅最大的現象，而受迫振動則是指物體在周期性外力（驅動力）的作用下所產生的振動，這種振動現象是相對于自有振動而言的。在穩定的情況下，受迫振動的周期等同于驅動力的周期，但與物體的固有周期無關，因而當物體出現受迫振動時，其振幅會先隨著驅動力頻率的升高而不斷增大，在到達最大值后，則會隨著頻率的升高而縮小，而機械共振自然也就是指當首破振動的振幅達到最大值時的現象，同時也可以將機械共振看作是受迫振動的一種特例。

2 高中物理知識中的機械“共振”現象

2.1 原子結構中的共振

原子結構中的共振現象主要是指能量吸收中的共振吸收形式，而在高中物理知識中，涉及這一問題的則是波爾原子模型。波爾的原子理論時是以能級假設、跳遷假設以及軌道量子化假設為基礎的，其中能級假設是指原子只能處于一系列不連續的能量狀態中，在這些狀態中原子是穩定的，電子雖然繞核運動，但并不向外輻射能量；而跳遷假設則是指當原子從一種定態躍遷到另一種定態時，會輻射或吸收一定頻率的光子。當電子從高能態像低能態躍遷時為能量釋放，而從低能態向高能態躍遷則為能量吸收，能量吸收需要通過外來光子向核外電子的能量傳遞來實現，如光子頻率滿足電子躍遷的能量差，那么就會出現共振吸收的現象。

2.2 聲學中的共振

在聲學方面，共振現象又被稱為共鳴，簡單來說就是當物體在共振的情況下共同發出聲音，而共鳴現象則正是高中物理中的重要知識。高中物理中共鳴這一知識點可通過簡單的實驗現象來進行理解，即兩個頻率相同且帶有共鳴箱的音叉，之后用小槌打擊音叉A的叉股，在音叉A發聲后，再用手按住音叉A的叉股，使A停止發聲，這時我們可以發現，音叉B雖然未被敲打，但仍然發出了聲音。這主要是因為：音叉A的被敲時發生了振動，并在空氣中激起聲波，而聲波有傳到音叉B，給音叉B以周期性的驅動力，同時由于音叉A、B的固有頻率相同，符合產生共振的條件，因此B的振幅最大，自然也就能夠在不敲打音叉B的情況下使音叉B發出聲音，而這種現象正是共鳴現象，同時也可以看作是聲音中的共振現象。

2.3 電學中的共振

在高中物理的電學知識中，共振現象也同樣有所體現，例如在電磁波的發射與接收這一課程中，電磁波的接收過程中震蕩電路就會出現共振現象。一般來說，電磁波接收過程中的振蕩電路的狀態是完全不同的，而根據震蕩電路不同的狀態，其出現的振動現象也完全不同。其中當振蕩電路為非理想狀態且有電阻時，電阻會發熱并成為阻尼振動；當振蕩電路中有外加的周期性電動勢作用時，震蕩電路振動則會將成為受迫振動；而當外加電動勢的頻率與電路自由振蕩的固有頻率ω相同時，接收電路中產生的振蕩電流最強，振幅也會達到最大值，而這種振動現象自然也就被稱為電磁共振或電諧振，相當于機械振動中的共振。

3 機械“共振”現象在現實生活中的應用

在現實生活中，機械共振的應用同樣是十分廣泛的。首先在軍事方面，信息通訊技術不發達的古代常常會利用共振現象來制作共鳴器，從而實現軍情預警，例如唐代的軍隊中普遍配備一種叫空胡鹿的行軍枕，這種行軍枕由皮革制成，枕頭的內部能夠形成空穴，當遠處產生聲音時，聲音能夠通過地面傳播到空穴，并在空穴處產生交混回響，這樣一來，敵人的動向、遠近、人數等就能夠通過空穴中的交混回響判斷出來，從而達到“凡人馬行在三十里外，東西南北皆響聞”的效果。另外，在建筑施工領域，共振現象的應用同樣非常常見，例如當建筑工人在澆灌混凝土的墻壁或地板時，為了提高質量，常常會使用振蕩器進行震蕩，從而是混凝土更加密實，而振蕩器恰恰是利用共振現象的原理進行工作的。

4 結束語

總而言之，機械共振現象在高中物理知識不僅局限于機械振動知識，同時在原子結構、光學、電學、聲學等不同領域的物理知識之中，我們在學習物理知識時如果能夠將其聯系起來，那么對知識點的深入分析與理解就能夠起到非常大的幫助。

參考文獻

[1]任燕敏.高中物理教學中的疑難問題分析[J].學周刊，2017（23）：66～67.

[2]蔡向陽.高中物理核心概念及其學習進階分析[J].華夏教師，2016（03）：30～31.

收稿日期：2018-10-5