第2章 6 受迫振动 共振-【精彩三年】2024-2025学年高中物理选择性必修第一册课程探究与巩固PPT课件（人教版2019）

6　受迫振动　共振 第二章　机械振动 目录 CONTENTS 教材整体初识 构建与探源 命题整体感知 尝试与研析 01 02 课标要点 学科素养 链接浙江选考 1．通过实验，认识受迫振动的特点。 2．了解产生共振的条件及其应用。 3．调查生活中受迫振动的应用实例。 4．调查生产、生活中利用和防止共振的实例 物理观念：理解受迫振动、共振的概念。 科学探究：通过实验，认识受迫振动的特点。 科学态度与责任：调查生产、生活中受迫振动的应用实例 1．掌握产生共振的条件。 2．应用受迫振动、共振解决相关的实际问题 教材整体初识 构建与探源 01 1．固有振动和固有频率 (1)固有振动：弹簧振子、单摆等振动系统在没有________干预的情况下做的简谐运动。 (2)固有频率：________振动的频率。 2．阻尼振动：当振动系统受到阻力的作用时，振幅随时间逐渐________的振动，如图所示。 知识点一　固有振动、阻尼振动 外力 固有 减小 [思辨] 1．判断题(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)阻尼振动的振幅不变。(　　) (2)简谐运动的振幅不变。(　　) (3)振动系统受到的阻尼越大，振幅减小得越快。(　　) (4)当系统受到的阻力很小，可以忽略时，其振动就能当成简谐运动来处理。(　　) 知识点一　固有振动、阻尼振动 × √ √ √ 2．思考题：阻尼振动中能量守恒吗？ 答案：能量守恒。但阻尼振动中机械能不守恒。 知识点一　固有振动、阻尼振动 1．驱动力：作用于振动系统的________性外力。 2．受迫振动 (1)定义：系统在__________作用下的振动。 (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。 知识点二　受迫振动、共振 周期 驱动力 驱动力 3．共振 (1)定义：当驱动力的频率f等于物体的固有频率f0时，物体做受迫振动的振幅达到最大值，这种现象称为共振。 (2)条件：驱动力频率等于物体固有频率。 (3)特征：受迫振动振幅最大。 (4)共振曲线(如图所示)：当驱动力频率f＝f0时，振幅有最大值。 知识点二　受迫振动、共振 4．三种振动的比较 知识点二　受迫振动、共振 比较项目 振动类型 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 振动图像 图像不确定 常见例子 弹簧振子或单摆 敲锣打鼓时发出的声音越来越弱 机械工作时底座发生的振动 [思辨] 1．判断题(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)共振是一种受迫振动。(　　) (2)受迫振动的振幅可不变。(　　) (3)物体做受迫振动的频率与物体的固有频率无关。(　　) (4)阻尼振动的频率不断减小。(　　) 知识点二　受迫振动、共振 √ √ √ × 2．思考题：在受迫振动中，驱动力的频率跟固有频率相差越大，振幅将越小还是越大？ 答案：越小。 知识点二　受迫振动、共振 命题整体感知 尝试与研析 02 类型一　阻尼振动 如果振动系统没有外力干预，此时的振动叫作固有振动，其振动频率称为固有频率。实际的振动系统都会受到摩擦、黏滞力等阻碍作用，振幅必然逐渐减小，这种振幅随时间逐渐减小的振动，称为阻尼振动。 (1)同一简谐运动能量的大小由振幅大小确定，阻尼振动振幅减小的快慢跟所受阻尼的大小有关，阻尼越大，振幅减小得越快。 (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。例如，用力敲锣，由于锣受到空气的阻尼作用，振幅越来越小，锣声减弱，但音调不变。 类型一　阻尼振动 例1 单摆做阻尼振动的位移—时间图像如图所示，下列说法正确的是(　　) A．阻尼振动是一种受迫振动 B．摆球在P与N时刻的势能相等 C．摆球在P与N时刻的动能相等 D．摆球在P与N时刻的机械能相等 B 类型一　阻尼振动 【解析】 阻尼振动不是受迫振动，故A错误；摆球在P与N时刻位移大小相等，即所处高度相同，则重力势能相同，由于阻力影响，单摆要克服阻力做功，在运动过程中机械能一直逐渐减小，故摆球在N时刻的机械能小于在P时刻的机械能，而摆球在两时刻的重力势能相等，则摆球在N时刻的动能小于在P时刻的动能，故B正确，C、D错误。 活学活用 关于做阻尼振动的弹簧振子，下列说法正确的是(　　) A．周期越来越小 B．位移越来越小 C．振幅越来越小 D．机械能保持不变 【解析】 弹簧振子的周期和频率是由它本身的性质决定的，即使做阻尼振动，周期和频率也不变，故A错误；由题意可知，弹簧振子做阻尼振动，即振子振动的幅度逐渐减小，但不能说弹簧振子的位移越来越小，故B错误，C正确；根据能量守恒定律可知，由于阻力做负功，所以振子的机械能越来越小，故D错误。 C 类型二　受迫振动与共振 角度1：共振条件 例2 受迫振动的演示装置如图所示，当单摆A振动起来后，通过水平悬绳迫使单摆B、C振动，则下列说法正确的是(　　) A．只有单摆A、C的振动周期相等 B．单摆A的振幅比单摆B的小 C．单摆B的振幅比单摆C的小 D．单摆B、C振动时的周期与其摆长有关 C 类型二　受迫振动与共振 【解析】 由题意，A做自由振动，其振动周期就等于其固有周期，而B、C在A产生的驱动力作用下做受迫振动，受迫振动的周期等于驱动力的周期，即等于A的固有周期，所以三个单摆的振动周期相等，故A、D错误；由于C、A的摆长相等，则C的固有周期与驱动力周期相等，产生共振，其振幅比B的大，同时由于B没有发生共振，所以B的振幅比A的小，故B错误，C正确。 活学活用 [2023·北仑中学检测] 如图所示，曲轴上挂着一个弹簧振子。转动摇把，曲轴可带动弹簧振子上下振动。开始时不转动摇把，让振子自由振动，测得其频率为2 Hz。现匀速转动摇把，转速为240 r/min，则下列说法正确的是(　　) A．当振子稳定振动时，它的振动周期是0.5 s B．当振子稳定振动时，它的振动频率是4 Hz C．当转速为240 r/min时，弹簧振子的振幅最大 D．当转速增大时，弹簧振子的振幅增大 B 活学活用 【解析】 受迫振动中，做受迫振动的物体的周期、频率由驱动力的周期、频率决定，驱动力的频率为4 Hz，周期为0.25 s，所以当振子稳定振动时，它的振动周期是0.25 s，频率是4 Hz，A项错误，B项正确。当驱动力的频率与振子的固有频率相等时，振子做受迫振动的振幅最大；当驱动力的频率与振子的固有频率相差越大时，振子的振幅越小，C、D项错误。 类型二　受迫振动与共振 角度2：共振图像问题 例3 一个单摆做受迫振动时振幅A与驱动力的频率f关系的共振曲线如图所示。下列说法正确的是(　　) A．该单摆摆长约为6 cm B．发生共振时单摆的周期为1 s C．单摆实际摆动的频率可能大于驱动力的频率 D．若增大摆长，共振曲线的“峰”将向左移动 D 类型二　受迫振动与共振 本课点睛(教师用书独有) 自由振动、受迫振动和共振的比较 振动类型 自由振动 受迫振动 共振 受力情况 回复力 周期性驱动力作用 周期性驱动力作用 振动周期或频率 由系统本身性质决定，即固有周期或固有频率 由驱动力的周期或频率决定，即T＝T驱或f＝f驱 T驱＝T固或f驱＝f固 课后请完成高效作业17 振动类型 自由振动 受迫振动 共振 振动能量 振动物体的机械能不变 由产生驱动力的物体提供 振动物体获得的能量最大 常见例子 弹簧振子或单摆 机械工作时底座发生的振动 共振筛、声音的共鸣等 感谢聆听，再见！ 【解析】 由题图可知，此单摆的固有频率为0.5 Hz，则周期T＝＝2 s，由公式T＝2π，可得l≈1 m，故A、B错误；受迫振动的周期与驱动力的周期相同，即频率相同，所以单摆实际摆动的频率不可能大于驱动力的频率，故C错误；由单摆周期公式可知，若增大摆长，则单摆周期增大，故固有频率减小，共振曲线的“峰”将向左移动，故D正确。 $$