6受迫振动（教学课件）物理人教版2019选择性必修第一册

第二章 机械振动 物理选择性必修第一册 •人教版2019 第六节 受迫振动 共振 学习目标 01 02 03 04 物理观念 理解受迫振动的定义，掌握其频率与驱动力频率的关系；掌握共振的产生条件及振幅变化规律。 科学思维 通过实验数据归纳受迫振动的特点；分析共振曲线，解释振幅与驱动力频率的关系。 科学探究 观察演示实验（不同摆长摆的振幅对比），记录现象并总结规律；设计简易实验验证共振条件（如调节电动机转速观察系统响应）。 科学态度与责任 认识共振在工程技术中的双重作用（应用与危害）；通过案例分析（如塔科马大桥倒塌），树立安全设计意识。 重点难点 教学重点 教学难点 理解受迫振动的振幅与驱动力频率之间的关系，能够通过实验探究和数据分析，解释振幅随驱动力频率变化的规律。 掌握共振现象的条件和特征，能够结合实际生活中的例子，分析共振的应用及其潜在危害，并理解如何通过技术手段控制共振。 手的搓动为什么会引起这种独特的喷水现象呢？ 导入新课 固有振动 01 固有振动：通过对弹簧振子及单摆的研究，我们知道弹簧振子与单摆在没有外力干预的情况下做简谐运动，周期或频率与振幅无关，仅由系统自身的性质决定，我们把这种振动称为固有振动。 固有振动的频率称为固有频率； 固有振动的周期称为固有周期 固有振动的特点： *振动系统不受外力作用，由系统内部的相互作用力提供回复力； *固有频率由系统本身的固有性质决定； *振幅不变，机械能守恒。 固有振动 问题1：现实生活中是否存在固有振动？如图荡秋千时，人坐在秋千座板上抓住钢索不动，从一定的高度摆下，之后秋千的振幅如何变化？为什么？ 问题2：如图弹簧振子在实际的振动中振幅如何变化？能一直振动下去么？为什么？ 由于振动系统受到摩擦阻力的作用，使振动系统的机械能逐渐转化内能。 观察阻尼振动的图像 振动中的能量损失 02 1.阻尼振动：振幅随时间逐渐减小的振动称为阻尼振动。 振动中的能量损失 2.特点： (1) 受到阻力 (2) 机械能逐渐减小 (3) 振幅逐渐减小 (4) 周期和频率保持不变 (2)辐射阻尼：由于振动系统引起邻近介质中各质点的振动，使能量向四周辐射出去，从而自身机械能减少。如：音叉向外辐射能量 3.振动系统能量衰减的两种方式： (1)摩擦阻尼：由于振动系统受到摩擦阻力的作用，使振动系统的机械能逐渐转化内能。如：单摆受空气阻力 简谐运动 阻尼振动 产生条件 理想模型，不受阻力 受到阻力作用 简谐运动与阻尼振动的比较 振幅 不变 减小 频率 由系统本身决定 频率不变 振动图像 阻尼振动最终要停下来，那么怎样才能产生持续的振动呢? 用周期性外力作用于振动系统，通过外力对系统做功，补偿振动系统机械能的损耗，使系统持续地振动下去 受迫振动 03 受迫振动 1.驱动力：维持受迫振动的周期性外力 2.受迫振动：系统在外界驱动力作用下的振动。 思考:受迫振动的频率与什么因素有关呢? 【实验1】受迫振动的频率 实验结论：受迫振动稳定时的频率等于驱动力的频率，与系统的固有频率无关。 实验结论: 受迫振动稳定时的频率等于驱动力的频率，与系统的固有频率无关。 物体受迫振动的振幅是否与它的固有频率无关呢？ 【实验2】 利用共振仪观察受迫振动振幅的差别 改变驱动摆A的摆长，观察其它各摆的振幅 实验现象: 当自身摆长与驱动摆A的摆长相同时，自身摆振幅最大 现象分析: 各摆的固有频率取决于自身的摆长，当自身摆长与A摆的摆长相同时，即物体做受迫振动的固有频率与驱动力的频率相同时，振幅最大。 共振现象及其应用 04 共振 1.定义：驱动力的频率等于物体的固有频率时，物体做受迫振动的振幅达到最大值，这种现象叫做共振。 2.共振曲线： 3.共振规律： 当 f固 和 f驱 相差很大时，振幅较小 当 f固 和f 驱 相差很小时，振幅较大 当 f固 = f 驱 时，振幅增大 应用与危害： 利用共振：应使驱动力的频率接近或等于振动物体的固有频率； 防止共振：应使驱动力的频率与物体的固有频率不同，而且相差越大越好。 1940年，美国的全长860米的塔柯姆大桥在建成后的4个月就因风共振而倒塌。 26 现象一：唐朝的时候，洛阳某寺一僧人房间的一件乐器磬，经常莫名其妙的自动鸣响，这是什么物理原理呢？ 现象二：登山队员在登山过程中不能大声说话，为什么？ 现象三：各国都规定大队人马过桥，要便步通过，为什么？ 古代的磬 学以致用 1831年，一队骑兵通过曼彻斯特附近的一座便桥时，由于马蹄节奏整齐，桥梁发生共振而断裂。 军队过桥便步走,火车过桥慢行 历史事件 微波炉加热原理：食物中水分子的振动频率约为2500MHz。微波炉加热食品时，炉内产生大致相同频率的 电磁波，也称为 “微波”。使 食物中的水分子做受迫振动， 发生共振，将电磁辐射能转 化为内能，从而使食物的温 度迅速升高。微波加热是对物体内部的整体加热，极大地提高了加热效率。 生活物理 大千世界： 美国有一农场农妇，习惯于用吹笛的方式招呼丈夫回家吃饭，可当她有一次吹笛时，居然发现树上的毛毛虫纷纷坠地而死，惊讶之余，她到自己的果园吹了几个小时，一下子将果树上的毛毛虫收拾的一干二净.这是怎么回事呢？大家能解释吗？ 原因： 笛子发出的声音引起毛毛虫内脏发生剧烈共振而死亡. 手的搓动“龙洗”，为什么会引起这种独特的喷水现象呢？ 典例分析 05 【例1】单摆在空气中做阻尼振动，下列说法中正确的是（ ） A. 位移逐渐减小 B. 速度逐渐减小 C. 动能逐渐减小 D. 振动的能量逐渐转化为其他形式的能 D 图5-3 BD 【例3】如图5-4图（a）为演示单摆共振的装置，实验时依次让不同的单摆先摆起来，观察单摆P（图中未标出）能达到的最大振幅A和稳定时的振动频率f，并描点记录在图（b）中，用光滑曲线连接各点得到如图（b）所示曲线。取重力加速度g＝π2 m/s2，下列说法正确的是（　　）A．单摆P的固有频率约为1 HzB．装置（a）中只有一个单摆的摆长约为1.0 mC．当单摆P稳定时的振动频率为1.0 Hz时，先振 动的单摆摆长约为0.25 mD．单摆P的振动周期总为2 s 图5-4 C Lavf59.32.100 Lavf56.38.102 www.ieway.cn Lavf59.32.100 【例2】(多选)如图5-3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M时刻的动能等于N时刻的动能 B．摆球在M时刻的势能等于N时刻的势能 C．摆球在M时刻的机械能等于N时刻的机械能 D．摆球在M时刻的机械能大于N时刻的机械能 $