2.5 受迫振动　共振 课件 -2025-2026学年高二上学期物理粤教版选择性必修第一册

该高中物理课件围绕受迫振动与共振展开，涵盖自由振动、阻尼振动的概念及能量特点，受迫振动频率规律，共振的条件、曲线分析及应用与防止，通过秋千、洗衣机等情境导学和问题探究，构建从基础振动到共振现象的递进式学习支架。 其亮点在于结合生活实例（如共振筛、琵琶共鸣）和实验情境，通过正误辨析、例题解析及规律总结表，培养学生的物理观念（运动与相互作用、能量观念）和科学思维（模型建构、科学推理），助力学生深化概念理解，教师可借助结构化资料提升教学效率。

第五节　受迫振动　共振 1.知道自由振动和阻尼振动,并能够从能量观点给予说明.2.知道受迫振动的频率等于驱动力的频率,与物体的固有频率无关.3.理解共振的概念,知道共振的应用与防止,会分析共振曲线. [学习目标]　 知识点一　受迫振动的频率 「情境导学」 如图所示,振荡的秋千在停止提供动力后会逐渐慢下来,这是为什么?如何才能保持其初始时刻的振荡高度? 提示:秋千失去动力后逐渐慢下来,是因为空气阻力和摩擦力等因素导致秋千获得的初始机械能逐渐减少,因而其振幅逐渐减小;要保持其初始时刻的振荡高度,需要外力周期性地补充能量以补偿其耗散的机械能. 「知识整合」 1.等幅振动:简谐运动是实际振动的理想化模型,是一种机械能 的振动,所以振幅保持不变.这种振幅不变的运动,叫作等幅振动. 2.阻尼振动:振幅逐渐 的振动.阻尼振动的频率保持不变. 3.固有频率:弹簧振动和单摆的自由振动频率只与它们自身的 有关,这个频率称为固有频率. 4.受迫振动 (1)定义:在 作用下的振动. (2)特点:受迫振动稳定后的频率 驱动力的频率,与固有频率 . 守恒 减小 参数 外界驱动力 等于 无关 「问题探究」 如图所示,在一根张紧的绳子上挂几个单摆,用手拉动一下A球,让A球在垂直于水平绳子的平面内摆动,其余几个摆球的频率与A球的振动频率大小关系如何? 提示:所有球的振动频率均相同,均等于A球的振动频率. 正误辨析 (1)发生阻尼振动时,振动系统的机械能将减小.(　 　) (2)阻尼振动的振幅逐渐减小时,其频率也逐渐减小.(　 　) (3)受迫振动的频率等于驱动力的频率.(　 　) (4)只要受迫振动的时间足够长,其振动频率就有可能等于其固有频率.(　　) √ × √ × [例1](受迫振动)(2025·广东汕头期中)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2 Hz,然后匀速转动摇把,转速为240 r/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 简谐运动、阻尼振动和受迫振动的比较 ·规律总结· 项目 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 振幅 不变 减小 大小变化不确定 振动 图像 形状不确定 振动 能量 机械能不变 机械能逐渐减小 驱动力对振动系统做功,补偿系统的能量损耗 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,振幅越来越小 扬声器纸盆振动发声,钟摆的摆动 ·规律总结· [例2] (阻尼振动)(多选)(2025·广东深圳月考)如图是摆球做阻尼振动的振动图像,下列说法正确的有(　 　) [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 BC 【解析】 阻尼振动中,摆球的振幅逐渐减小,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. 知识点二　共振 洗衣机在完成自动脱水程序时会自动关闭电源,此后脱水桶还要转动一小段时间才能停下来.在自动关闭电源后,发现洗衣机先振动得比较弱,再经过一阵子振动得很剧烈,然后振动慢慢减弱直至停下来. 「情境导学」 (1)洗衣机的振动属于什么振动? 提示:(1)洗衣机的振动属于受迫振动. (2)洗衣机“先振动得比较弱”的原因是什么? 提示:(2)洗衣机“先振动得比较弱”,是因为脱水桶转动的频率远高于洗衣机的固有频率,洗衣机做受迫振动的振幅较小,振动比较弱. (3)“一阵子振动得很剧烈”的原因是什么? 提示:(3)“一阵子振动得很剧烈”是因为当洗衣机脱水桶转动的频率等于洗衣机的固有频率时发生共振,振动剧烈. (4)“然后振动慢慢减弱直至停下来”的原因是什么? 提示:(4)“然后振动慢慢减弱直至停下来”的原因是脱水桶转动频率小于洗衣机的固有频率,且逐渐减小至零. 「知识整合」 1.共振:驱动力频率 振动系统的固有频率时,物体做受迫振动的 最大,这种现象叫作共振. 2.共振曲线:如图所示. (1)当驱动力频率等于物体固有频率时,物体振动的振幅最大. (2)当固有频率不等于驱动力的频率时,二者越接近,振幅越大,二者相差越大,振幅越小. 等于 振幅 3.对共振条件的理解 (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. 正误辨析 (1)物体发生共振现象时,不一定在做受迫振动.(　 　) (2)做受迫振动的物体一定会发生共振现象.(　 　) (3)某物体做阻尼振动过程中,有可能会发生共振现象.(　 　) × × √ [例3](对共振曲线的理解)(多选)(2025·广东广州期中)一单摆在地球表面做受迫振动,其共振曲线(振幅A与驱动力的频率f的关系)如图所示,则(　　 ) [A] 此单摆的固有频率为0.5 Hz [B] 此单摆的摆长约为2 m [C] 若摆长增大,单摆的固有频率减小 [D] 若摆长增大,共振曲线的峰将向右移动 AC [拓展变式] 如果将上述题目中的单摆从该学校移至北京某高中的实验室中,共振曲线的“峰”将怎样移动?(已知该学校当地的重力加速度比北京的小) 【答案】 向右移动 【解析】 若将该单摆从该学校移至北京某高中的实验室中,因重力加速度变大,故固有周期变小,固有频率变大,共振曲线的“峰”将向右移动. [训练1] 如图为两个单摆的共振曲线,或同一单摆在两次受迫振动中的共振曲线. (1)若上图表示在地球上同一地点的两个不同单摆的共振曲线,求两个单摆的摆长之比. (2)若上图表示同一单摆分别在地球和另一个星球上的共振曲线,求地球和该星球表面的重力加速度之比. 知识点三　共振的应用和防止 《梦溪笔谈》中写道:“余友人家有一琵琶,置之虚室,以管色奏双调,琵琶弦辄有声应之,奏他调则不应,宝之以为异物,殊不知此乃常理.”说说其中的道理. 「情境导学」 提示:琵琶琴弦自动应和管乐之音是因为管乐声波的振动引起了琵琶的共振. 「知识整合」 1.共振的应用:应使驱动力的频率接近或等于系统的 频率. 实例:共振筛、音箱、小提琴与二胡等乐器设置的共鸣箱、建筑工地上浇铸混凝土时使用的振捣器、跳水运动员做起跳动作的“颠板”过程. 固有 2.共振的防止:应使驱动力的频率与振动系统的固有频率保持一定差距. 实例:火车过桥时要放慢速度、军队过桥时用便步行走、轮船航行时要看波浪的打击方向而改变轮船的航向和速度、机器运转时要调节转速. 「问题探究」 轮船航行时,如果所受的波浪冲击力的频率接近轮船的固有频率,可能会使轮船摇摆角度过大而倾覆.这时可以改变轮船的航向与速度,为什么这样做? 提示:使波浪冲击力的频率远离轮船的固有频率. [例4](共振的应用)(多选)(2025·广东深圳期中)把一个筛子用四根弹簧支起 来,筛子上装一个电动偏心轮,它每转一周给筛子一个驱动力,这就做成了一个共振筛.已知筛子在做自由振动时,20 s内完成了10次全振动,在某电压下电动偏心轮转速是36 r/min.如果增大电压可以使偏心轮转速提高,增加筛子质量可以增大筛子的固有周期.那么,要使筛子的振幅增大,下列做法正确的有 (　 　) [A] 提高输入电压 [B] 降低输入电压 [C] 增加筛子质量 [D] 减小筛子质量 BD [训练2] (2025·广东深圳期末)路面共振破碎机可用于旧水泥路面的破碎,破碎机工作锤头上装有专用传感器,能感应路面的振动反馈,由电脑自动调节振动频率,可以激发锤头下的水泥路面并在局部范围内产生共振,从而将水泥路面击碎.结合所学的知识,判断以下说法正确的是(　 　) [A] 水泥路面的固有频率随着锤头振动频率的变化而变化 [B] 锤头周期性击打水泥路面的工作停止后,水泥路面振动的频率随着振幅减小而减小 [C] 锤头振动频率越高,水泥路面的振动幅度越大,效果越好 [D] 调节锤头的振动频率等于水泥路面的固有频率时,水泥路面的振动幅度最大,效果最好 D 【解析】 水泥路面的固有频率取决于自身的材料、结构等特点,与锤头振动频率无关,A错误;锤头周期性击打水泥路面停止工作后,水泥路面振动的振幅减小,但频率不变,B错误;当锤头振动频率等于水泥路面的固有频率时,水泥路面发生共振,振动幅度达到最大,效果最好,而不是锤头振动频率越高,效果越好,C错误,D正确. 感谢观看 【解析】 匀速转动摇把后,振子将做受迫振动,其周期跟摇把转动的周期相同,与振子自由上下振动的频率无关.摇把匀速转动时的转速为n=240 r/min= 4 r/s,则f=4 Hz,驱动力的周期T== s=0.25 s,B正确. 【解析】 由共振曲线可知,当驱动力频率为 0.5 Hz时产生共振现象,此时驱动力的频率等于单摆的固有频率,故单摆的固有频率f=0.5 Hz,A正确;单摆的周期T==2 s,由单摆周期公式T=2π可得L=≈1 m,B错误;由单摆周期公式T=2π可知,摆长L增大,单摆的周期增大,固有频率减小,C正确;摆长增大时,固有频率减小,产生共振的驱动力频率也需要减小,共振曲线的“峰”将向左移动,D错误. 【答案】 (1) 【解析】 (1)若题图表示在地球上同一地点的两个不同单摆的共振曲线,则g相同,由共振曲线得单摆Ⅰ的固有频率fⅠ=0.2 Hz,则固有周期TⅠ=5 s,单摆Ⅱ的固有频率fⅡ=0.5 Hz,则固有周期TⅡ=2 s,由单摆的周期公式 T=2π得两个单摆的摆长之比为==. 【答案】 (2) 【解析】 (2)若题图表示同一单摆分别在地球和另一个星球上的共振曲线,则摆长L一定,由单摆的周期公式T=2π得地球和该星球表面的重力加速度之比==. 【解析】 筛子的周期T= s=2 s,筛子的固有频率f固== Hz=0.5 Hz,偏心轮的转速n=36 r/min=0.6 r/s,则f驱=0.6 Hz,则f固<f驱,由共振条件可知,要增大筛子做受迫振动的振幅,就要使f固与f驱尽量接近,可降低输入电压以降低f驱;也可以减小筛子质量,使T固减小,f固增大,故B、D正确. $