第2章 6.受迫振动 共振(课件PPT)-【赢在微点·轻松课堂】2024-2025学年高中物理选择性必修第一册（人教版2019）

高中物理 选择性必修 第一册 赢在微点 轻松课堂 物理 第二章 机械振动 6.受迫振动　共振 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 6.受迫振动　共振 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第一册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 核心素养微专题 —— —— 稳健启程 新知初步构建 课前·新知初探 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 6.受迫振动　共振 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第一册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 核心素养微专题 在不受外力作用下 内 外 固有频率 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 6.受迫振动　共振 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第一册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 核心素养微专题 阻尼 阻尼 振幅 减小 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 6.受迫振动　共振 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第一册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 核心素养微专题 周期性 驱动力 驱动力 固有频率 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 6.受迫振动　共振 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第一册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 核心素养微专题 振幅达到最大值 振幅A 驱动力频率f 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 6.受迫振动　共振 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第一册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 核心素养微专题 固有频率 固有频率 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 6.受迫振动　共振 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第一册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 核心素养微专题 √ × × × × 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 6.受迫振动　共振 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第一册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 核心素养微专题 A f f 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 6.受迫振动　共振 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第一册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 核心素养微专题 —— —— 细研深究 萃取知识精华 课堂·合作探究 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 6.受迫振动　共振 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第一册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 核心素养微专题 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 6.受迫振动　共振 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第一册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 核心素养微专题 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 6.受迫振动　共振 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第一册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 核心素养微专题 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 6.受迫振动　共振 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第一册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 核心素养微专题 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 6.受迫振动　共振 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第一册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 核心素养微专题 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 6.受迫振动　共振 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第一册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 核心素养微专题 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 6.受迫振动　共振 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第一册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 核心素养微专题 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 6.受迫振动　共振 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第一册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 核心素养微专题 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 6.受迫振动　共振 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第一册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 核心素养微专题 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 6.受迫振动　共振 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第一册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 核心素养微专题 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 6.受迫振动　共振 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第一册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 核心素养微专题 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 6.受迫振动　共振 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第一册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 核心素养微专题 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 6.受迫振动　共振 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第一册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 核心素养微专题 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 6.受迫振动　共振 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第一册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 核心素养微专题 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 6.受迫振动　共振 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第一册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 核心素养微专题 —— —— 即时训练 巩固当堂所学 随堂·达标自测 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 6.受迫振动　共振 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第一册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 核心素养微专题 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 6.受迫振动　共振 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第一册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 核心素养微专题 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 6.受迫振动　共振 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第一册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 核心素养微专题 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 6.受迫振动　共振 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第一册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 核心素养微专题 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 6.受迫振动　共振 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第一册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 核心素养微专题 答案　BD 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 6.受迫振动　共振 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第一册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 核心素养微专题 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 6.受迫振动　共振 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第一册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 核心素养微专题 答案　C 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 6.受迫振动　共振 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第一册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 核心素养微专题 核心素养微专题 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 6.受迫振动　共振 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第一册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 核心素养微专题 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 6.受迫振动　共振 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第一册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 核心素养微专题 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 6.受迫振动　共振 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 选择性必修 第一册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 核心素养微专题 学习目标 情境导入 1.知道什么是固有振动和阻尼振动,并能从能量的观点给予说明。 2.知道受迫振动的频率等于驱动力的频率,而跟振动物体的固有频率无关。 3.理解共振的概念,知道常见共振的应用和危害。 　　1831年,一支高歌凯旋的骑兵队雄赳赳、气昂昂地通过英国曼彻斯特附近的一座吊桥。洪亮而有节奏的“嗒、嗒、嗒”的马蹄声充分展示了队伍的雄风。然而,随着一声巨响,大桥突然倒塌,人马纷纷坠入河中,死伤惨重。 同学们,你想知道这是为什么吗?这就是这节课的内容——共振。 2.阻尼振动。 当振动系统受到阻力的作用时,我们说振动受到了　　　　。系统克服　　　　的作用要做功,消耗机械能,因而　　　　减小,最后停下来。这种振幅随时间逐渐　　　　的振动称为阻尼振动。  二、受迫振动与共振 1.受迫振动。 (1)驱动力:为了使系统持续振动,作用于振动系统的　　　　的外力。  (2)受迫振动:振动系统在　　　　作用下的振动。  (3)受迫振动的频率:做受迫振动的系统振动稳定后,其振动频率等于　　　　的频率,跟系统的　　　　　　没有关系。  2.共振。 (1)定义:当驱动力的频率等于固有频率时,物体做受迫振动的　　　 　　　的现象。  (2)共振曲线:如图所示,表示受迫振动的　　　　与　　　　　　　的关系,图中f0为振动系统的固有频率。 (3)共振的应用与防止。 ①应用:在应用共振时,应使驱动力频率接近或等于振动系统的　　　　　　,如转速计、共振筛。  ②防止:在防止共振时,驱动力频率与系统的　　　　　　相差越大越好,如部队过桥时用便步。  预|习|自|检 1.判断正误(正确的画“√”,错误的画“×”) (1)受迫振动的频率与振动系统的固有频率无关。 (　　) (2)驱动力频率越大,振幅越大。 (　　) (3)共振只有害处没有好处。 (　　) (4)做受迫振动的物体一定会发生共振。 (　　) (5)阻尼振动的频率随振幅的减小而不断减小。 (　　) 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的振动频率为　　　　,B的振动频率为　　　　。  解析　驱动力的频率与弹簧振子A的频率相同,则弹簧振子A共振的振幅较大,弹簧振子的振动频率等于驱动力频率均为f。 探究一　简谐运动、阻尼振动和受迫振动 1.三种振动的理解。 (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,是更接近实际的一种运动。 (3)受迫振动是物体做阻尼振动时受到周期性驱动力作用下的振动。 振动 图像 形状不确定 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 扬声器纸盆振动发声、钟摆的摆动 【例1】　如图所示是一个弹簧振子做阻尼振动的振动图像,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A时刻的动能等于在B时刻的动能 B.振子在A时刻的势能等于在B时刻的势能 C.振子在A时刻的机械能等于在B时刻的机械能 D.振子从A到B过程周期逐渐减小 解析　由于弹簧振子做阻尼振动,所以A时刻的机械能大于B时刻的机械能,C项错误;由于振子的势能与振子偏离平衡位置的位移有关,A、B时刻振子偏离平衡位置的位移相同,故A、B两时刻振子的势能相同,振子的机械能在减小,故振子在A时刻的动能大于在B时刻的动能,A项错误,B项正确;振子做阻尼振动时,周期、频率不改变,D项错误。 答案　B 阻尼振动的能量和频率 (1)阻尼振动的振幅不断减小,振动的能量不断减小,但阻尼振动的频率不变,其频率为固有频率,由系统本身决定。 (2)自由振动是一种理想情况,也叫简谐运动。实际的振动都会受到阻尼的作用,当阻尼较小时,可认为是简谐运动。 【针对训练1】　对于阻尼振动,下列说法不正确的是 (　　) A.阻尼振动就是减幅振动,其振动的能量不断减少 B.实际的振动系统不可避免地要受到阻尼作用 C.阻尼振动的振幅、振动能量、振动周期逐渐减小 D.对做阻尼振动的振子来说,其机械能逐渐转化为内能 解析　物体做阻尼振动时,因克服阻尼做功机械能逐渐减少,振幅随之减小,A项正确;实际振动系统不可避免要受到摩擦或空气阻力等阻尼作用,B项正确;物体做阻尼振动时,因克服阻力做功,机械能逐渐减少,振幅随之减小,频率并不会随振幅的减小而变化,C项错误;物体做阻尼振动时,因克服阻力做功,机械能逐渐减少,转化为内能,D项正确。 答案　C 探究二　共振 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,纵坐标为受迫振动系统的振幅。 (1)从受力角度看:当振动物体所受驱动力的方向跟它的运动方向相同时,驱动力对它起加速作用,使它的振幅增大,当驱动力的频率等于物体的固有频率时,它的每一次作用都使物体的振幅增加,从而振幅达到最大。 (2)从功能关系看:当驱动力的频率等于物体的固有频率时,驱动力始终对物体做正功,使振动能量不断增加,振幅不断增大,直到增加的能量等于克服阻尼作用损耗的能量,振幅才不再增加。 (3)f0的意义:表示固有频率。 (4)认识曲线的形状:f=f0,共振;f>f0或f<f0,振幅较小。f与f0相差越大,振幅越小。 【例2】　(多选)如图所示,在一根张紧的水平绳上悬挂五个摆,其中A、E的摆长为l,B的摆长为0.5l,C的摆长为1.5l,D的摆长为2l,先使A振动起来,其他各摆随后也振动起来,则摆球振动稳定后 (　　) A.D的振幅一定最大 B.E的振幅一定最大 C.B的周期一定最短 D.其余四个摆的周期相同 解析　A振动起来后,使得B、C、D、E做受迫振动,振动的频率都等于A振动的频率,即各摆振动的周期都相等,C项错误,D项正确;由于D与A的摆长相差最大,E与A的摆长相等,所以D的振幅最小,E发生共振,振幅最大,A项错误,B项正确。 答案　BD 【针对训练2】　如图所示,两个弹簧振子悬挂在同一个支架上,已知甲弹簧振子的固有频率为8 Hz,乙弹簧振子的固有频率为72 Hz,当支架在竖直方向且频率为9 Hz的驱动力作用下做受迫振动时,两个弹簧振子的振动情况是 (　　) A.甲的振幅较大,且振动频率为8 Hz B.甲的振幅较大,且振动频率为9 Hz C.乙的振幅较大,且振动频率为9 Hz D.乙的振幅较大,且振动频率为72 Hz 解析　支架在竖直方向且频率为9 Hz的驱动力作用下做受迫振动时,甲、乙两个弹簧振子都做受迫振动,它们振动的频率都等于驱动力的频率9 Hz,由于甲的固有频率接近于驱动力的频率,所以甲的振幅较大,B项正确,A、C、D三项错误。 答案　B 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.振动的机械能逐渐转化为其他形式的能 B.后一时刻的动能一定小于前一时刻的动能 C.后一时刻的势能一定小于前一时刻的势能 D.后一时刻的机械能一定小于前一时刻的机械能 解析　单摆振动过程中,会不断克服空气阻力做功使机械能逐渐减小,A、D两项正确;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不断地相互转化。动能转化为势能时,动能逐渐减少,势能逐渐增加,而势能转化为动能时,势能逐渐减少,动能逐渐增加,所以不能断言后一时刻的动能(或势能)一定小于前一时刻的动能(或势能),B、C两项错误。 答案　AD 2.蜘蛛会根据丝网的振动情况感知是否有昆虫“落网”,若丝网的固有频率为200 Hz,下列说法正确的是 (　　) A.“落网”昆虫翅膀振动的频率越大,丝网的振幅越大 B.当“落网”昆虫翅膀振动的频率低于200 Hz时,丝网不振动 C.当“落网”昆虫翅膀振动的周期为0.005 s时,丝网的振幅最小 D.昆虫“落网”时,丝网振动的频率由“落网”昆虫翅膀振动的频率决定 解析　根据共振的条件可知,当驱动力的频率越接近系统的固有频率时,系统的振幅越大,A项错误;当“落网”昆虫翅膀振动的频率低于200 Hz时,丝网仍然振动,B项错误;当“落网”昆虫翅膀振动的周期为0.005 s时,其频率为f== Hz=200 Hz与丝网的固有频率相等,所以丝网的振幅最大,C项错误;受迫振动的频率等于驱动力的频率,所以昆虫“落网”时,丝网振动的频率由“落网”昆虫翅膀振动的频率决定,D项正确。 答案　D 3.(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。若驱动力的振幅保持不变,下列说法正确的是 (　　) A.当f<f0时,该振动系统的振幅可能随f增大而减小 B.当f>f0时,该振动系统的振幅一定随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 解析　远离f0振幅变小,靠近f0振幅会变大,故A项错误,B项正确;受迫振动的频率等于驱动力的频率,故C项错误;D项正确。 解析　由题图乙可知小球自由振动的周期T=4 s,则其固有频率f==0.25 Hz,A项错误;小球做受迫振动的周期等于驱动力的周期,即等于圆盘转动的周期,不一定为4 s,B项错误;当固有周期和驱动力周期相等时,发生共振,振幅最大,故C项正确,D项错误。 人体共振频率 　　人体是一个复杂的共振系统。人体及其各种组织与器官都有其自身的共振频率。生物力学研究证明,人体全身垂直振动在4~8赫处有一个最大的共振峰,称为第一共振频率,它主要由人体胸腔共振频率产生,对胸腔内脏影响最大。在10~12赫和20~25赫附近有两个较小的共振峰,分别称为第二和第三共振频率。第二共振峰主要由人体腹腔共振频率产生,对腹部内脏影响最大。此外,头部的共振频率约为2~30赫,心脏约为5赫,眼约为18~50赫,脊柱约为30赫,手约为30~40赫,臀和足部约为4~8赫,肩部约为2~6赫,躯干约为6赫。人体的振动传递与人体骨骼、姿势(站姿或坐姿)和座椅型式等有关。因此,在设计车辆和车辆座位时,必须考虑人体共振频率,采取减振措施,尽量避免人体共振效应。 【快乐体验】　如果把人作为一个有弹性的整体来看,在水平方向的固有频率为3~6 Hz,竖直方向的固有频率为4~8 Hz。拖拉机驾驶员,风镐、风铲、铆钉机等机械的操作员在工作时都会受到周期性的驱动力,为保障操作员的安全与健康,有关部门做出规定:用手操作的各类振动机械的频率必须大于20 Hz,请说明这样规定的原因。 解析　拖拉机驾驶员,风镐、风铲、铆钉机等机械的操作员在工作时人体做受迫振动,振动的频率等于驱动力的频率,而驱动力频率与人体的固有频率越接近,人体内部器官的振动幅度越大,危害越大;因此为了防止共振的产生,应让各振动机械的频率不在人的固有频率的范围之内,即必须大于20 Hz。 $$