第2章 第5节 阻尼振动 受迫振动（课件PPT）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理选择性必修第一册（教科版2019）

第5节　阻尼振动 受迫振动 核心素养导学 物理观念 (1)知道阻尼振动、驱动力、受迫振动的概念。 (2)知道共振以及发生共振的条件。 科学思维 能举出受迫振动的实例，知道受迫振动的频率由驱动力的频率决定。 科学探究 阻尼振动能量的转化、受迫振动的特点。 科学态度与责任 了解共振在生产、生活中的应用和危害，体会物理技术应用对人类生活与社会发展的影响。 一、阻尼振动 1．阻尼振动：由于阻力作用，振动逐渐减弱，即振幅逐渐______，振动能量逐步转变为其他能量。 2．自由振动：系统不受外力作用，只在自身________作用下的振动。 3．无阻尼振动：理想情况下(即不受任何阻力，没有任何能量损耗)振幅保持不变的振动。 4．固有频率：自由振动的频率，由系统____________决定。 变小 回复力 本身的特征 二、受迫振动　共振 1．受迫振动 (1)驱动力：作用在振动系统的________的外力。 (2)受迫振动：系统在________作用下的振动。 (3)受迫振动的频率：等于________的频率，与物体的固有频率______。 2．共振现象及其应用 (1)共振：当驱动力的频率______固有频率时，物体做受迫振动的_____达到最大值的现象。 周期性 驱动力 驱动力 无关 等于 振幅 (2)受迫振动的振幅与驱动力频率的关系曲线 由图可以看出，驱动力的频率与固有频率相差越小，受迫振动的 振幅_____，当驱动力的频率与固有频率相等时，受迫振动的振幅____。 (3)共振的应用与防止 ①应用：共振转速计。 ②防止：如桥梁、飞机、汽车、轮船等都必须考虑共振产生的危害。 越大 最大 1.在研究单摆振动特点的物理课上，老师特意用大一些的木球做了 两个同样的单摆，老师和某位同学同时进行如下实验：两人都把 木球拉离竖直方向同样的角度，并且都刚好贴近自己的鼻尖，然 后同时释放木球，让同学们观察木球的运动情况，这位同学由于 担心木球摆回来会碰到自己的鼻子而自然躲开了；老师保持不动却有惊无险，木球摆回来时根本接触不到鼻尖……之后木球的振幅越来越小。请解释其原因，木球做什么运动？ 提示：木球摆动过程中由于受到空气阻力作用，振幅会变小，木球再次摆回来时一定不会碰到鼻子，所以老师很镇定。木球做阻尼振动。 2.用扁担挑水时，有时桶里的水会荡得厉害，并从桶中溅出来，这是为什么？ 提示：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，就会荡得越来越厉害，并会从桶中溅出来。 3.如图，铁架横梁上挂着几个摆长不同的摆。其中，A与D、G的摆长 相同，D的摆球质量大于其他摆球。使D摆偏离平衡位置后释放，D 摆在振动中通过横梁对其他几个摆施加周期性的驱动力。在振动稳 定后比较各球的振幅，会看到哪几个球的振幅较大？为什么？ 提示：A球和G球振幅较大。因为A球和G球摆长和D球摆长相等，固有频率等于驱动力频率，发生了共振现象。 新知学习(一)|简谐振动与阻尼振动的比较 [任务驱动] 如图所示，荡秋千的小朋友，无论开始时她荡得多高，她都会 慢慢地停下来，为什么？有什么方法能让她持续荡下去吗？ 提示：之所以会慢慢停下来是因为小朋友在荡秋千的过程中受摩擦阻力和空气阻力，导致其振幅越来越小，最后停止。可给她施加一周期性的外力(如让另一名同学在她旁边有规律地推她)，让她持续荡下去。　　　　 [重点释解] 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，是更贴合实际的一种运动。 3．简谐运动和阻尼振动的比较 振动类型 比较项目　 简谐运动 阻尼振动 产生条件 不受阻力作用 受阻力作用 频率 固有频率 频率不变 振幅 不变 减小 振动图像 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 续表 [典例体验] [典例]　(多选)如图所示是单摆做阻尼振动的振动图线，下列说法正确的是 (　 ) A．摆球在A时刻的动能等于B时刻的动能 B．摆球在A时刻的势能等于B时刻的势能 C．摆球在A时刻的机械能等于B时刻的机械能 D．摆球在A时刻的机械能大于B时刻的机械能 [解析]　在单摆做阻尼振动的过程中，因不断克服空气阻力做功使动能逐渐转化为内能，C错误，D正确；虽然单摆总的机械能在逐渐减小，但在振动过程中动能和势能仍在不断地相互转化。由于A、B两时刻，单摆的位移相等，所以势能相等，但动能不相等，A错误，B正确。 [答案]　BD /方法技巧/ 阻尼振动的三个特点 (1)振幅逐渐减小，最后停止振动。 (2)系统的机械能逐渐减少，最后耗尽。 (3)周期、频率不随振幅的变化而变化。 [针对训练] 1．(多选)一单摆在空气中振动，振幅逐渐减小，下列说法正确的是