2.6 受迫振动 共振 培优教学课件 -2025-2026学年高二上学期物理人教版选择性必修第一册

该高中物理课件聚焦机械振动中的阻尼振动、受迫振动及共振，通过东汉洛阳宫殿大钟鸣响的故事导入，引导学生思考振动现象。从振动能量损失切入，逐步过渡到受迫振动的条件、共振的产生机制，构建“现象—概念—规律—应用”的学习支架。 其亮点在于结合实验视频（如受迫振动频率研究、小球共振实验）和实例分析（如飞力士棒共振、登山防雪崩），通过对比表格梳理简谐运动等四类振动差异，强化科学探究与科学思维。助力学生深化物理观念，教师可借助丰富资源提升教学效果。

6.受迫振动 共振 第二章 机械振动 人教版选择性必修第一册 导入新课 思考： 你知道为什么大钟会无缘无故地鸣响吗？ 东汉以后三国纷争年代，有一天，魏都洛阳宫殿前面的一口大钟，突然无缘无故地鸣响起来，满朝文武议论纷纷，有的以为是不祥之兆,也有人乘机献媚，把它说成是祥瑞。 学习目标 物理观念 知道什么是阻尼振动和受迫振动，了解产生共振的条件。 科学思维 会从能量观点分析阻尼振动的振幅变化和受迫振动的共振现象。 科学探究 通过实验认识固有频率、驱动力频率与振动频率之间的区别和联系，认识共振是受迫振动的一种情况。 科学态度 与责任 能够根据实际情况的振动特点，应用振动的规律解释与解决相关问题。 重点难点 重点 1. 区分固有振动、阻尼振动、受迫振动。 2. 理解共振现象的产生条件。 难点 1.受迫振动的频率等于驱动力的频率。 2.阻尼振动只有振幅随时间变小，频率不变。 1. 振动中的能量损失 2. 受迫振动 3. 共振现象及其应用 4. 课堂总结 5. 练习与应用 学习内容 第6节 受迫振动 共振 一、振动中的能量损失 第6节 受迫振动 共振 一、振动中的能量损失 1.固有振动：振动系统在不受外力的情况下的振动。 弹簧振子和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。 如果振动系统不受外力的作用，此时的振动叫作固有振动，其振动频率称为固有频率。 单摆的周期 弹簧振子周期 一、振动中的能量损失 简谐运动 无外力干预 振幅不变，机械能守恒 现实生活中是否存在简谐运动？若振动过程中存在阻力，它的振幅又发生如何变化呢？ 由于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，最终停止 一、振动中的能量损失 2.阻尼振动 (1)定义：振动系统受到阻力的作用，振幅随时间逐渐减小的振动，叫作阻尼振动。 (2)阻尼振动的图像 一、振动中的能量损失 思考与讨论1：阻尼振动中，在振幅逐渐减小的过程中，振动系统的周期和频率也会发生变化吗？ T T T 不变，振子的频率和周期与振幅无关。 点击播放视频 一、振动中的能量损失 思考与讨论2：阻尼振动中振动系统能量衰减的方式有哪些？ (1)一种是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为内能.例如：单摆运动时受到空气的阻力. (2)另一种是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. 例如：音叉发声时，一部分机械能随声波 辐射到周围空间，导致音叉振幅减小. 一、振动中的能量损失 例1.如图所示是单摆做阻尼振动的位移 x 随时间 t 变化的图像，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 点对应时刻的重力势能大于在 N 点对应时刻的重力势能 C．摆球在 P 点对应时刻的动能大于在 N 点对应时刻的动能 D．摆球在 P 点与 N 点对应时刻的机械能相等 C 二、受迫振动 第6节 受迫振动 共振 二、受迫振动 实际生活中振动系统都会受到阻力作用，振动的能量总会减少，振动终会停下来。那么有什么办法能让振动持续存在呢？ 受迫振动 用周期性的外力作用于振动系统，补偿系统机械能的损耗，使系统持续地振动下去。 二、受迫振动 机器运转时底座发生的振动、扬声器纸盆的振动，都是受迫振动。 1.驱动力:对振动系统施加的周期性的外力，这种周期性的外力叫作驱动力。 2.受迫振动:系统在驱动力作用下的振动，叫作受迫振动。 思考：物体做受迫振动时，振动稳定后频率是否还是振动系统的固有频率？ 二、受迫振动 研究受迫振动的频率 　　如图所示，架子上面的电动机向下面的两组弹簧 — 钩码系统施加周期性的驱动力，使钩码做受迫运动。改变电动机的转速可以调整驱动力的频率。 　　接通电源，使钩码做受迫振动，记录驱动力的频率和钩码振动的频率。改变驱动力的频率，再做记录。钩码做受迫振动的频率与驱动力的频率有什么关系？ 研究受迫振动的频率视频 二、受迫振动 研究受迫振动的频率 实验结果表明：（1）物体做受迫振动达到稳定后，物体振动的频率等于驱动力的频率，与物体的固有频率无关。 （2）驱动力的频率与系统的固有频率相差越少，振幅越大，相差越多，振幅越小。 二、受迫振动 例2.飞力士棒是一种轻巧的运动训练器材，是一根弹性杆两端带有负重的器械，如图 a 所示。某型号的飞力士棒质量为 600 g，长度为 1.5 m，固有频率为 5.5 Hz 。如图 b 所示，某人用手振动该飞力士棒进行锻炼，则下列说法正确的是（　　）　　　 A．使用者用力越大，飞力士棒振动越快 B．手每分钟振动 330 次时，飞力士棒产生共振 C．手振动的频率增大，飞力士棒振动的幅度一定变大 D．手振动的频率增大，飞力士棒振动的频率不变 B 三、共振现象及其应用 第6节 受迫振动 共振 三、共振现象及其应用 做一做：如图，在铁架横梁上挂着几个摆长不同的摆。 ① 几个小球的固有频率的大小关系是怎样的？ ② 振动稳定后，这几个球的振动频率的大小关系是怎样的？ ③ 振动稳定后，这几个球的振幅的大小关系是怎样的？ 三、共振现象及其应用 实验现象：通过观察会发现，固有频率与D摆相同的A摆、G摆振幅最大，固有频率与D摆相差较多的C摆、E摆振幅最小。 小球共振实验视频 三、共振现象及其应用 （1）定义： （3）受迫振动的规律 横轴：表示驱动力的频率 纵轴：表示受迫振动的振幅 （2）共振曲线 1. 共振 驱动力的频率f等于物体的固有频率f0时，受迫振动的振幅最大，这种现象叫做共振。 f驱= f固时，振幅有最大值； f驱与 f固差别越大时，振幅越小 三、共振现象及其应用 2. 共振的应用 （1）测量发动机转速的转速计 偏心轮转动产生周期性的驱动力，当驱动力频率与筛子固有频率相当时会产生距离振动，提高筛除杂物效率。 发动机的转速计原理图 不同长度的钢片安装在同一个支架上，与开动着的机器紧密接触，机器的振动引起转速计的轻微振动，固有频率与机器转速一致的那个钢片发生共振。 （2）共振筛 应使驱动力的频率接近或等于振动物体的固有频率 三、共振现象及其应用 3. 共振的危害：现代工程中，如桥梁、大厦，在遇到大风天气时会发生共振，造成倒塌。因此在设计时必须考虑防止共振产生的危害； 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。 三、共振现象及其应用 4. 共振的防止：为了防止共振的危害，现在建筑设计会用到阻尼器，例如调谐质量阻尼器、风阻尼器等等. （1）军队过桥便步走,火车过桥慢行 （2）轮船航行时要看波浪的撞击方向而改变速度和方向 （3）机器运转时为了防止共振要调节转速或者在振动物体底座加防振垫 三、共振现象及其应用 简谐运动、阻尼振动、受迫振动、共振的对比 简谐运动 阻尼振动 受迫振动 共振 受力情况 不受阻力作用 受阻力作用 受驱动力和阻力作用 受驱动力和阻力作用 振幅 不变 变小 稳定后不变 稳定后最大 振动频率 由振动系统本身决定，即固有频率 由振动系统本身决定，即固有频率 由驱动力的周期决定，f受＝f驱 f驱＝f固 振动图像 形状不确定 形状不确定 振动能量 机械能不变 机械能减少 驱动力做功，对损耗的机械能进行补充 振动物体所获得的能量最大 实例 弹簧振子或单摆 敲锣，锣面的振动 扬声器的纸盆 共振筛 三、共振现象及其应用 因为喊叫声中某一频率若正好与山上积雪的固有频率相吻合，就会因共振引起雪崩，其后果十分严重。 例3.登雪山运动员登山时严禁大声喊叫？ 四、课堂总结 第6节 受迫振动 共振 四、课堂总结 五、练习与应用 第6节 受迫振动 共振 五、练习与应用 1.下图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B时刻的动能 B.振子在A时刻的势能等于B时刻的势能 C.振子在A时刻的机械能等于B时刻的机械能 D.振子在A时刻的机械能小于B时刻的机械能 B 五、练习与应用 2.如图所示，张紧的水平绳上吊着甲、乙、丙三个小球。乙球靠近甲球，丙球远离甲球，甲、乙两球的悬线长度不同，甲、丙两球的悬线长度相同。让甲球在垂直于水平绳的方向摆动，经足够长时间，系统振动稳定后，关于乙、丙两球振动的周期 T乙、T丙 及振幅 A乙、A丙 的关系正确的是（　　） A．T乙＝T丙　A乙 > A丙 B．T乙＝T丙　A乙 < A丙 C．T乙 < T丙　A乙＝A丙 D．T乙 > T丙　A乙＝A丙 B 五、练习与应用 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（重力加速度 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 D 五、练习与应用 4.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2Hz，然后匀速转动摇把，转速为240r/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 B Lavf57.25.100 Lavf58.29.100 Lavf57.83.100 Lavf57.83.100 Lavf58.51.100 Lavf57.83.100 $