5. 阻尼振动 受迫振动（导学案）物理教科版选择性必修第一册

第5节 阻尼振动　受迫振动 1.物理观念：知道阻尼振动和受迫振动，能够从能量的观点来分析阻尼振动的振幅变化和受迫振动中的共振现象。 2.科学思维：通过演示实验和实例，分析概括出受迫振动的特点，知道受迫振动的频率等于驱动力的频率，而跟物体的固有频率无关。 3.科学探究：通过演示实验，探究共振发生的条件，认识固有频率、驱动力频率和振动频率之间的区别和联系，认识到共振是受迫振动的一种特殊情况。 4.科学态度与责任：能够举例说明应用共振和防止共振的事例和方法，体会物理与实际生活的紧密联系。 1.知道什么是固有振动和阻尼振动，会用能量的观点分析阻尼振动的特点(重点)。 2.知道什么是受迫振动，会分析受迫振动的特点(重点)。 3.知道共振现象，掌握共振产生的条件，知道共振的应用和危害(重难点)。 【知识回顾】 第4节 实验：用单摆测量重力加速度 一、实验思路 由T＝2π得g＝ ，分别测 和 。 二、方案设计 三、物理量的测量 四、数据分析 五、误差分析 六、注意事项 【自主预习】 第5节 阻尼振动　受迫振动 一、阻尼振动 1.固有振动和固有频率 如果振动系统没有 干预，此时的振动叫作固有振动，其周期或频率与振幅无关，仅由系统自身的性质决定。其振动频率称为 。 2.阻尼振动 实际的振动系统都会受到摩擦力、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。 二、受迫振动 1.驱动力 如果存在阻尼作用，振动系统最终会停止振动。为了使系统持续振动下去，对振动系统施加周期性的 ，外力对系统 ， 系统的能量损耗，这种 的外力叫作驱动力。 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) 三、共振 1.共振 当驱动力的频率 固有频率时，物体做受迫振动的振幅达到 ，这种现象称为共振。 2.共振曲线(如图所示) 思考与讨论1 一、阻尼振动 1.弹簧振子和单摆都是理想模型,弹簧振子和单摆的周期有什么特点呢？ 2.在实际生活中,单摆会受到空气阻力的作用,它将如何运动? 3.阻尼振动过程中,能量是如何转化的? 思考与讨论2 二、受迫振动 1.阻尼振动最终要停下来，有没有什么办法可以产生持续的振动呢？ 2.从能量的角度思考,为什么用周期性外力持续作用于振动系统后,该系统就振动下去呢? 思考与讨论3 三、共振 1.如图所示是受迫振动的振幅与驱动力的频率之间的关系,你能从图像中得到什么信息? 课堂小结： 通过受迫振动频率实验和双线摆演示共振实验，让学生在观察实验现的基础上，推理分析得出受迫振动的特点、了解共振的条件，加深对振动的理解，提升科学思维能力。通过课前查找共振现象的资料和课上分享环节，让学生了解共振的危害及应用，加强理论联系实际的能力。 1.(多选)如图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 2.“洗”是古代盥洗用的脸盆，多用青铜铸成。清水倒入其中，用手慢慢摩擦盆耳，到一定节奏时盆就会发出强烈的嗡嗡声，同时还会溅起层层水花。下列描述正确的是(　　) A.嗡嗡声是因为水撞击盆产生的 B.摩擦的节奏越快，越能溅起水花 C.摩擦的节奏越慢，越能溅起水花 D.能溅起水花的摩擦节奏与盆有关 3.如图所示为单摆在两次受迫振动中的共振曲线，下列说法正确的是(g取9.8 m/s2)(　　) A.若两次受迫振动分别在月球上和地球上进行，且摆长相等，则图线Ⅱ是月球上的单摆的共振曲线 B.若两次受迫振动均在地球上同一地点进行，则两次摆长之比为lⅠ∶lⅡ＝4∶25 C.若图线Ⅱ对应单摆的摆长约为2 m，则图线Ⅱ是在地球表面上完成的 D.若图线Ⅱ是在地球表面上完成的，则该单摆摆长约为1 m 4.如图所示的装置可用于研究受迫振动。匀速转动把手时，曲杆给轻弹簧和砝码组成的系统提供驱动力，使其做受迫振动。已知该系统的固有频率为f0，改变把手的转动速度可以调整驱动力的频率。则以下说法中正确的是(　　) A.改变把手的转动速度，系统做受迫振动的频率保持不变 B.系统做受迫振动的频率总等于驱动力的频率 C.匀速转动把手的速度越大，系统的振幅也越大 D.该振动系统的振动稳定后，振动的频率等于f0 5.某种减噪装置结构如图所示，通过装置的共振可吸收声波。已知其固有频率为f0＝(SI制)，其中σ为薄板单位面积的质量，L为空气层的厚度。经测试发现它对频率为200 Hz的声音减噪效果最强，若外界声波频率由200 Hz变为300 Hz，则(　　) A.系统振动频率为200 Hz B.系统振动频率为300 Hz C.为获得更好减噪效果，可仅增大L的大小 D.为获得更好减噪效果，可仅换用σ更大的薄板 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 第5节 阻尼振动　受迫振动 1.物理观念：知道阻尼振动和受迫振动，能够从能量的观点来分析阻尼振动的振幅变化和受迫振动中的共振现象。 2.科学思维：通过演示实验和实例，分析概括出受迫振动的特点，知道受迫振动的频率等于驱动力的频率，而跟物体的固有频率无关。 3.科学探究：通过演示实验，探究共振发生的条件，认识固有频率、驱动力频率和振动频率之间的区别和联系，认识到共振是受迫振动的一种特殊情况。 4.科学态度与责任：能够举例说明应用共振和防止共振的事例和方法，体会物理与实际生活的紧密联系。 1.知道什么是固有振动和阻尼振动，会用能量的观点分析阻尼振动的特点(重点)。 2.知道什么是受迫振动，会分析受迫振动的特点(重点)。 3.知道共振现象，掌握共振产生的条件，知道共振的应用和危害(重难点)。 【知识回顾】 第4节 实验：用单摆测量重力加速度 一、实验思路 由T＝2π得g＝，分别测l和T。 二、方案设计 三、物理量的测量 四、数据分析 五、误差分析 六、注意事项 【自主预习】 第5节 阻尼振动　受迫振动 一、阻尼振动 1.固有振动和固有频率 如果振动系统没有外力干预，此时的振动叫作固有振动，其周期或频率与振幅无关，仅由系统自身的性质决定。其振动频率称为固有频率。 2.阻尼振动 实际的振动系统都会受到摩擦力、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。 二、受迫振动 1.驱动力 如果存在阻尼作用，振动系统最终会停止振动。为了使系统持续振动下去，对振动系统施加周期性的外力 ，外力对系统做功，补偿系统的能量损耗，这种周期性的外力叫作驱动力。 2.受迫振动 (1)定义：系统在驱动力作用下的振动叫作受迫振动。 (2)受迫振动的频率(周期) 三、共振 1.共振 当驱动力的频率等于固有频率时，物体做受迫振动的振幅达到最大值，这种现象称为共振。 2.共振曲线(如图所示) 思考与讨论1 一、阻尼振动 1.弹簧振子和单摆都是理想模型,弹簧振子和单摆的周期有什么特点呢？ 答案　它们的周期由振动系统自身的性质决定，与振动的振幅无关。 2.在实际生活中,单摆会受到空气阻力的作用,它将如何运动? 答案　在摆球振动的过程中,会受到空气阻力的影响,振幅会逐渐减小,最后停下来。 3.阻尼振动过程中,能量是如何转化的? 答案　因为受到阻力的影响,振动系统的机械能逐渐转化为内能。 思考与讨论2 二、受迫振动 1.阻尼振动最终要停下来，有没有什么办法可以产生持续的振动呢？ 答案　给这个系统施加一个外力。 2.从能量的角度思考,为什么用周期性外力持续作用于振动系统后,该系统就振动下去呢? 答案　外力对系统做功,补充了系统的能量损耗,从而使系统的振动持续下去。 思考与讨论3 三、共振 1.如图所示是受迫振动的振幅与驱动力的频率之间的关系,你能从图像中得到什么信息? 答案　若f驱动≠f固有，则物体做受迫振动，f受迫＝f驱动，但振幅较小。 若f驱动＝f固有，则物体做共振振动，f受迫＝f驱动，但振幅较大。 课堂小结： 通过受迫振动频率实验和双线摆演示共振实验，让学生在观察实验现的基础上，推理分析得出受迫振动的特点、了解共振的条件，加深对振动的理解，提升科学思维能力。通过课前查找共振现象的资料和课上分享环节，让学生了解共振的危害及应用，加强理论联系实际的能力。 1.(多选)如图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 答案　BC 解析　阻尼振动中，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两时刻摆球的位移相同，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。 2.“洗”是古代盥洗用的脸盆，多用青铜铸成。清水倒入其中，用手慢慢摩擦盆耳，到一定节奏时盆就会发出强烈的嗡嗡声，同时还会溅起层层水花。下列描述正确的是(　　) A.嗡嗡声是因为水撞击盆产生的 B.摩擦的节奏越快，越能溅起水花 C.摩擦的节奏越慢，越能溅起水花 D.能溅起水花的摩擦节奏与盆有关 答案　D 解析　用手摩擦盆耳，起初频率非常低，逐渐提高摩擦频率，当摩擦频率等于盆的固有频率时，会发生共振现象，则嗡嗡声是盆振动发声现象，此时溅起的水花振幅最大，即能溅起水花的摩擦节奏与盆有关，故D正确。 3.如图所示为单摆在两次受迫振动中的共振曲线，下列说法正确的是(g取9.8 m/s2)(　　) A.若两次受迫振动分别在月球上和地球上进行，且摆长相等，则图线Ⅱ是月球上的单摆的共振曲线 B.若两次受迫振动均在地球上同一地点进行，则两次摆长之比为lⅠ∶lⅡ＝4∶25 C.若图线Ⅱ对应单摆的摆长约为2 m，则图线Ⅱ是在地球表面上完成的 D.若图线Ⅱ是在地球表面上完成的，则该单摆摆长约为1 m 答案　D 解析　若两次受迫振动分别在月球上和地球上进行，因为图线Ⅰ对应单摆的固有频率较小，则固有周期较大，根据T＝2π可知，该单摆对应的重力加速度小，则图线Ⅰ是月球上单摆的共振曲线，故A错误；若两次受迫振动均在地球上同一地点进行，则重力加速度相等，由题图知它们的固有频率之比为2∶5，则固有周期之比为5∶2，根据T＝2π知摆长之比lⅠ∶lⅡ＝25∶4，故B错误；若图线Ⅱ是在地球表面上完成的，对应单摆的固有频率为0.5 Hz，周期T＝2 s，由T＝2π，可解得摆长l≈1 m，故C错误，D正确。 4.如图所示的装置可用于研究受迫振动。匀速转动把手时，曲杆给轻弹簧和砝码组成的系统提供驱动力，使其做受迫振动。已知该系统的固有频率为f0，改变把手的转动速度可以调整驱动力的频率。则以下说法中正确的是(　　) A.改变把手的转动速度，系统做受迫振动的频率保持不变 B.系统做受迫振动的频率总等于驱动力的频率 C.匀速转动把手的速度越大，系统的振幅也越大 D.该振动系统的振动稳定后，振动的频率等于f0 答案　B 解析　振动系统稳定时，系统做受迫振动的频率等于驱动力的频率，当把手的转动速度改变，即驱动力的频率改变时，系统做受迫振动的频率改变，A错误，B正确；匀速转动把手的速度越大，驱动力的频率越大，由于不能判断驱动力的频率与固有频率的大小关系，则不能确定系统振幅的变化，C错误；稳定时系统的频率等于驱动力的频率，D错误。 5.某种减噪装置结构如图所示，通过装置的共振可吸收声波。已知其固有频率为f0＝(SI制)，其中σ为薄板单位面积的质量，L为空气层的厚度。经测试发现它对频率为200 Hz的声音减噪效果最强，若外界声波频率由200 Hz变为300 Hz，则(　　) A.系统振动频率为200 Hz B.系统振动频率为300 Hz C.为获得更好减噪效果，可仅增大L的大小 D.为获得更好减噪效果，可仅换用σ更大的薄板 答案　B 解析　系统做受迫振动，振动时的频率等于驱动力的频率，即为300 Hz，故A错误，B正确；由于驱动力的频率大于系统的固有频率，在驱动力的频率一定时，为获得更好的减噪效果，应使系统的固有频率增大，由f0＝(SI制)可知，应减小σ或L，故C、D错误。 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $