2.6 受迫振动　共振（课件PPT)-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年新教材高中物理选择性必修第一册（人教版2019）

第二章　机械振动 第6节　受迫振动　共振 课件使用说明 本课件使用Office2016制作，请使用相应软件打开并使用。 本课件文本框内容可编辑，单击文本框即可进行修改和编辑。 本课件理科公式均采用微软公式制作，如果您是Office2007或WPS 2021年4月份以前的版本，会出现包含公式及数字无法编辑的情况，请您升级软件享受更优质体验。 由于WPS软件原因，少量电脑可能存在理科公式无动画的问题，请您安装Office 2016或以上版本即可解决该问题。 [学习目标] 1. 知道什么是阻尼振动、受迫振动、共振，了解固有频 率、驱动力频率等概念（物理观念）.2.知道受迫振动的频率 由驱动力的频率决定，知道共振发生的条件，并能用来分析相 关问题（科学思维）. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 课前·教材预案 课堂·深度探究 课末·随堂演练 课时作业（十五） 1. 固有振动 如果振动系统没有 干预，此时的振动叫作固有振动， 其振动频率称为 频率. 2. 阻尼振动 外力　 固有　 课前　教材预案 知识点1　固有振动和阻尼振动 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 （1）概念 实际的振动系统都会受到摩擦、黏滞力等 作用， ⁠ 必然逐渐减小，这种 随时间逐渐减小的振动，称 为阻尼振动，其振动图像如图所示. （2）振动系统能量衰减的两种方式 ①振动系统受到摩擦阻力作用，机械能逐渐转化为 ⁠. 阻碍　 振 幅　 振幅　 内能　 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 ②振动系统引起邻近介质中各质点的振动， ⁠向外辐射 出去. 注意：系统的固有频率由系统自身的性质决定，与振幅大小 无关. 能量　 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 1. 受迫振动 （1）驱动力 ①概念：作用于振动系统的 的外力. ②作用：对系统 ， 系统的能量损耗，使系统 的振动维持下去. 周期性　 做功　 补偿　 知识点2　受迫振动和共振 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 （2）受迫振动 ①定义：系统在 作用下的振动，叫作受迫振动. ②受迫振动的频率（周期） 做受迫振动的物体，其振动频率总等于 的频率，与 物体的 频率无关. 注意：驱动力的频率f越接近振动系统的固有频率f固，受迫振 动的振幅越大，反之振幅越小. 驱动力　 驱动力　 固有　 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 2. 共振 （1）概念：驱动力的频率f 系统的固有频率f0时，受 迫振动的 最大，这种现象叫作共振. （2）条件：驱动力频率 系统的固有频率. （3）特征：共振时受迫振动的 最大. 等于　 振幅　 等于　 振幅　 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 （4）共振曲线：如图所示.表示受迫振动的振幅A与驱动力频 率f的关系图像，图中f0为振动物体的 频率. 固有　 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 ①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 的频率和固有频率不相等，而且相差越多越好，如部队过桥应 便步走. 注意：共振是物体做受迫振动时的一种特殊现象. （5）应用与防止 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 1. 判断下列说法的正误. （1）驱动力频率越大，振幅越大. （　×　） （2）做受迫振动的物体一定会发生共振. （　×　） （3）阻尼振动的频率随振幅的减小而不断减小. （　×　） （4）受迫振动的频率与振动系统的固有频率无关. （　√　） × × × √ 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 2. A、B两个弹簧振子，A的固有频率为f，B的固有频率为4f， 若它们均在频率为f的驱动力作用下做受迫振动，则 ⁠的振 幅较大，A的振动频率是 ，B的振动频率是 ⁠. A　 f　 f　 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 【情境导学】如图所示的实验装置为一挂在曲轴上的弹簧振 子，匀速摇动手柄，下面的弹簧振子就会振动起来.在不忽略 空气阻力的情况下，如果手柄不动而用手拉动一下振子，从振 幅角度看弹簧振子的振动属于什么振动？ 课堂　深度探究 考点1　阻尼振动 答案：阻尼振动 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 简谐运动、阻尼振动和受迫振动的比较 振动类型 比较项目 简谐运动 阻尼振动 受迫振动 产生条件 不受阻 力作用 受阻力作用 受阻力和驱 动力作用　 频率 固有频率 固有频率 驱动力频率 振幅 不变 减小 大小变化 不确定　 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 振动类型 比较项目 简谐运动 阻尼振动 受迫振动 振动图像 形状不 确定 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 振动类型 比较项目 简谐运动 阻尼振动 受迫振动 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，是因为振 幅越来越小 扬声器纸盆振 动发声，钟摆 的摆动 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 【例题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（　　） A. 单摆的机械能逐渐转化为其他形式的能 B. 单摆后一时刻的动能一定小于前一时刻的动能 C. 单摆振幅减小，频率也随着减小 D. 单摆振幅虽然减小，但其频率不变 思维导引：（1）振幅逐渐减小，说明该单摆的振动为阻尼振 动.（2）物体做阻尼振动时，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. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 答案：AD　 解析：单摆做阻尼振动，因不断克服空气阻力做功而使机械能 转化为其他形式的能，但在振动过程中，动能和势能仍不断相 互转化，单摆在从最大位移处向平衡位置运动的过程中，后一 时刻的动能大于前一时刻的动能，选项A正确，B错误；做阻 尼振动的物体，频率由系统的特征决定，与振幅无关，所以其 频率不变，选项C错误，D正确. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 关于阻尼振动的两点提醒 1. 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， 不能据此判断下一时刻的动能（或势能）变小. 2. 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. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 A. 摆球在C时刻的动能等于在B时刻的动能 B. 摆球在C时刻的势能等于在B时刻的势能 C. 摆球在C时刻的机械能等于在B时刻的机械能 D. 摆球在C时刻的机械能大于在B时刻的机械能 答案：BD　 【变式1】（多选）如图所示是单摆做阻尼振动的振动图线， 下列说法中正确的是（　　） 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 解析：在单摆振动过程中，因不断克服空气阻力做功而使摆球 的机械能逐渐转化为内能，选项C错误，D正确；单摆做阻尼 振动的过程中，再次经过同一位置时，势能不变，动能减小， 选项A错误，B正确. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 【情境导学】洗衣机在衣服脱水完毕关闭电源后，脱水桶还要 转动一会才能停下来.在关闭电源后，发现洗衣机先振动得比 较弱，随后有一阵子振动得很剧烈，最后振动慢慢减弱直至停 下来.请问：期间剧烈振动的原因是什么？ 答案：当洗衣机脱水桶转动的频率等于洗衣机的固有频率时发 生共振，振动剧烈. 考点2　受迫振动与共振 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 1. 共振的条件：驱动力的频率与系统的固有频率相等，即f驱 ＝f固. 2. 共振曲线：如图所示，共振曲线的横坐标为驱动力的频 率，纵坐标为受迫振动的振幅. f＝f0时发生共振；f＞f0或f＜f0时振幅较小.f与f0相差越大，振 幅越小. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 3. 共振的利用与防止 （1）利用：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、共振转速计等. （2）防止：在需要防止共振危害时，要尽量使驱动力的频 率和固有频率不相等，而且相差越多越好.如：部队过桥应 便步走. 说明：共振是物体做受迫振动时的一种特殊现象. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 【例题2】（多选）某振动系统的固有频率为f0，在周期性驱动 力的作用下做受迫振动，驱动力的频率为f.若驱动力保持不 变，下列说法正确的是（　　） A. 当f＜f0时，该振动系统的振幅随f增大而减小 B. 当f＞f0时，该振动系统的振幅随f减小而增大 C. 该振动系统的振动稳定后，振动的频率等于f0 D. 该振动系统的振动稳定后，振动的频率等于f 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 思维导引：（1）做受迫振动的物体达到稳定后，其振动频率 等于驱动力的频率；（2）驱动力的频率f越接近振动系统的固 有频率f固，受迫振动的振幅越大，反之振幅越小. 答案：BD　 解析：物体在外界驱动力作用下的振动叫作受迫振动，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 固有频率没有关系，驱动力的频率接近物体的固有频率时，受 迫振动的振幅增大，选项B、D正确，A、C错误. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 【变式2】（多选）如图甲所示，一个有固定转动轴的竖直圆 盘转动时，固定在圆盘上的小圆柱带动一个T形支架在竖直方 向运动，使T形支架下面的弹簧和小球组成的振动系统做受迫 振动.小球的振幅A与圆盘的转速n的关系如图乙所示.下列说法 正确的是（　　） A. 振动系统的固有周期为20 min B. 振动系统的固有周期为3 s C. 圆盘的转速越大，摆件振动的振幅越大 D. 圆盘的转速越大，摆件振动的频率越小 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 答案：B　 解析：根据图像可得当转速为n＝20 r/min＝ r/s，振动系统受 迫振动的振幅最大，所以振动系统的固有周期为T＝＝3 s，选 项A错误，B正确；由图可知，开始时圆盘转速越大，驱动力 频率越大，此时摆件振动的振幅变大，当达到共振时振幅最 大，再随着转速增大，驱动力频率增大，振幅又减小，选项C 错误；受迫振动的频率与驱动力频率相同，转速越大，驱动力 频率越大则摆件振动的频率越大，选项D错误. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 1. （阻尼振动）（多选）如图所示是摆球做阻尼振动的振动 图像，下列说法正确的是（　　） A. 振动过程中周期变小 B. 振动过程中周期不变 C. 摆球A时刻的势能等于B时刻的势能 D. 摆球A时刻的动能等于B时刻的动能 课末　随堂演练 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 答案：BC　 解析：阻尼振动中，摆球的振幅逐渐减小，由于周期与振幅无 关，故振动过程中周期不变，选项A错误，B正确；因A、B两 时刻的位移相同，故摆球A时刻的势能等于B时刻的势能，选 项C正确；由于振动的能量逐渐减小，故摆球A时刻的动能大 于B时刻的动能，选项D错误. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 2. （受迫振动）如图所示，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，而 让振子自由上下振动，测得其频率为2 Hz，然后匀速转动摇 把，转速为240 r/min，当振子振动稳定时，它振动的周期为 （　　） A. 0.5 s B. 0.25 s C. 2 s D. 4 s 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 答案：B　 解析：匀速转动摇把后，振子将做受迫振动，驱动力的周期跟 摇把转动的周期是相同的，振子做受迫振动的周期又等于驱动 力的周期，其频率也等于驱动力的频率，与振子自由上下振动 的频率无关，摇把匀速转动时的转速为240 r/min＝4 r/s，故f ＝4 Hz，所以驱动力的周期T＝＝ s＝0.25 s. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 3. （共振）（多选）一个弹簧振子做受迫振动，它的振幅A与 驱动力频率f之间的关系如图所示.由图可知（　　） A. 驱动力频率为f2时，振子处于共振状态 B. 驱动力频率为f3时，受迫振动的振幅比共振 小，但振子振动的频率仍为f2 C. 如果振子做自由振动，它的频率为f2 D. 振子可以做频率为f1的等幅振动 答案：ACD　 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 解析：处于共振状态时，振幅最大，选项A正确；振子做受迫 振动的频率等于驱动力的频率，所以驱动力频率为f3时，受迫 振动的振幅比共振小，但振子振动的频率为f3，选项B错误； 当驱动力频率等于振子固有频率时，振子处于共振状态，所以 如果振子做自由振动，则它的频率为f2，选项C正确；振子可 以做频率为f1的等幅振动，选项D正确. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 4. （共振的应用）如图所示，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？ 解析：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，水的振动 就越来越剧烈，就会从桶中溅出来. 答案：见解析 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 课时作业（十五） （建议用时：40分钟） 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 课时作业（十五） 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 制 作 者：状元桥 适用对象：高中学生 制作软件：Powerpoint2010、 Photoshop cs3 运行环境：WindowsXP以上操作系统 $$