2.6 受迫振动 共振（教学课件）物理人教版选择性必修第一册

该高中物理课件聚焦“受迫振动 共振”，核心知识点涵盖阻尼振动、受迫振动规律及共振现象。课堂导入通过观看水花现象视频引发思考，从固有振动切入，过渡到阻尼振动能量损失，再探究受迫振动频率规律，最终分析共振条件及应用，构建递进式知识支架。 其亮点在于以实验探究为核心，如弹簧振子阻尼振动观察、多单摆共振实验，结合微波炉加热、桥梁共振危害等实例，培养科学探究与科学思维。典例分析与共振曲线结合，帮助学生深化物理观念，教师可借助此资料提升教学效率，学生能增强知识应用能力。

第二章 机械振动 人教版（2019）选择性必修 第一册 6 受迫振动 共振 目录 学习目标 重点难点 课堂导入 探究新知 课堂小结 课堂练习 布置作业 1 2 3 4 5 6 7 2 01 02 03 04 物理观念 依托振动系统理想化模型明确自由振动、阻尼振动、受迫振动的判定条件，厘清回复力、阻尼力、驱动力三者受力本质区别，牢固掌握受迫振动稳定后振动频率等于驱动力频率、与系统固有频率无关的核心规律；认知振动过程中驱动力做功补充系统损耗能量，阻尼振动因阻力耗散机械能导致振幅持续衰减；借助共振条件建立驱动力频率、固有频率与振幅的定量关联，理解共振时系统振幅达到极大值的内在机理，夯实外力作用下振动能量转化与振动状态演变的底层认知。 科学思维 构建 “受力 — 振动状态 — 能量变化” 一体化模型思维，对受迫振动系统完成受力拆解，区分固有振动、驱动力强制振动两个运动分量，从能量补给角度定性解释共振振幅峰值的由来；运用数形结合思想，通过振幅 - 驱动力频率共振曲线分析变量关系，直观呈现固有频率、阻尼大小对共振峰高度、峰宽的影响；通过误差与实际条件逆向推导，分析阻尼大小、驱动力幅值、系统刚度对共振效果的偏离影响，锻炼模型修正、定量分析、图像法处理振动问题的抽象逻辑能力。 科学探究 以小组合作实操形式完成 “探究受迫振动与共振条件” 完整探究实验：规范搭建弹簧振子 / 单摆驱动装置，精准改变驱动力转动频率；采用多次观测取平均值的方法减小振幅读数偶然误差，运用控制变量思想，先后改变系统固有频率、阻尼大小重复多组实验；完整记录不同驱动力频率对应的稳定振幅，列表整理数据、描点绘制共振图像，由图像峰值确定共振频率；自主排查摆角过大、驱动力不稳定、摩擦阻尼变化、读数滞后等操作误差，全面提升仪器调试、变量控制、数据采集、图像分析与规律研判的实操探究能力。 科学态度与责任 完整执行装置组装、变量调控、多次重复测量、数据记录、图像拟合、结论归纳全流程，深刻体会物理学抓住主要矛盾、忽略次要阻力简化理想模型的研究方法；客观正视实验偶然误差与系统误差，不篡改、不修饰原始观测数据，养成严谨务实、尊重客观实验结果的科研习惯；知晓共振原理除课堂探究外，可应用于共振筛分料、乐器共鸣、超声波破碎等生产场景，同时用于桥梁抗震、高层建筑减震、设备防共振破坏等工程防护，理解受迫振动与共振规律在工业生产、工程安全、生活技术中的实际应用价值；在分组实操中培养分工协作、实事求是、审慎求证的实验品格，感悟物理振动规律对工程安全与社会实践的重要支撑作用。 学习目标 振动中的能量损失 01 教学内容 受迫振动 02 共振现象及其应用 03 教学重点 1 教学重点 2 教学难点 3 掌握受迫振动频率规律及共振产生条件。 实验操作，用控制变量法探究振幅变化规律。 共振图像数据分析，共振的利弊实际应用。 重点难点 课堂导入——观察与思考 观看视频，你是否可以用物理知识解释溅起层层水花这一现象的原因呢？ 01 PART 01 第一部分 振动中的能量损失 探究新知 7 探究新知——固有频率 让单摆、弹簧振子自由振动，如果没有外力干扰，则单摆、弹簧振子做什么运动？ 单摆、弹簧振子做简谐运动时，其周期或频率与哪些因素有关？ 单摆、弹簧振子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，其振动频率称为固有频率（振动系统不受外力的作用）。  弹簧振子，单摆做简谐运动。 倘若振动系统受到外力作用，它将如何运动？ 探究新知——阻尼振动 实验：如图所示的实验装置为一挂在曲轴上的弹簧振子，用手将振子向下拉动一下释放，观察较长一段时间，你发现振子在振动过程中振幅有什么变化？为什么会出现这种现象？ 现象：振子在振动的过程中振幅逐渐减小，因为振子在实际振动过程中受到空气的阻碍作用，振动的能量逐渐减少。 阻尼振动：振动系统在阻尼（摩擦或其他阻力）作用下的振幅逐渐减小的振动. 探究新知——阻尼振动 阻尼振动中，由于存在阻力，振幅不断减小，故振动系统的机械能将不断减少，那么，振动系统的周期和频率也会发生变化吗？ 振动周期与振幅无关，故阻尼振动中周期和频率不变！ 阻尼振动的能量有什么特点？ 物体在做阻尼振动的过程中，总机械能逐渐减小，物体位移大小相等时，势能大小相等，但动能与上一次相比将减小。 探究新知——典例探究 【例1】粗细均匀的一根木筷，下端绕几圈铁丝，竖直浮在较大的水杯中，把木筷往上提起一段距离后放手，木筷就在水中上下振动，如图甲所示。以竖直向上为正方向，某时刻开始计时的振动图像如图乙所示。对于木筷(包括铁丝)，下列说法正确的是 A.N时刻的位移与P时刻的位移相同 B.P时刻的加速度方向竖直向下 C.N时刻的机械能等于P时刻的机械能 D.随着振幅的减小，振动频率会变小 探究新知——典例探究 【解析】由于位移是矢量，所以N时刻的位移与P时刻的位移大小相等，方向相反，A错误；P时刻回复力方向竖直向下，由牛顿第二定律可知，加速度方向与回复力方向一致，所以P时刻的加速度方向竖直向下，B正确；因为木筷(包括铁丝)做阻尼振动，机械能随时间不断减小，所以P时刻的机械能大于N时刻的机械能，C错误； 木筷(包括铁丝)振动的频率与振幅无关，振动频率不变，D错误。 02 PART 02 第二部分 受迫振动 探究新知 13 探究新知——受迫振动 阻尼振动最终要停下来，那么怎样才能产生持续的振动呢？ 最简单的方法是使周期性的外力作用于振动系统，外力做功，补偿系统的能量损失，使系统的振动维持下去。 受迫振动：物体在周期性变化的驱动力作用下的振动叫做受迫振动。 维持受迫振动的周期性外力 受迫振动的频率与什么因素有关呢？ 受迫振动的规律受迫振动稳定时的频率等于驱动力的频率，跟系统的固有频率无关。 你知道受迫振动在生产生活或科学技术有哪些具体应用吗？ 探究新知——受迫振动频率探究实验 探究新知——受迫振动的应用实例 跳板在人走过时发生的振动 机器底座在机器运转时发生的振动 听到声音时耳膜的振动 电磁打点计时器的振针所做的振动 振针 探究新知——典例探究 【例2】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。 (1)开始时不转动摇把，而用手往下拉振子，然后放手让振子上下振动，测得振子在10 s内完成20次全振动，不考虑阻力，振子做什么振动？其固有周期和固有频率各是多少？若考虑阻力，振子做什么振动？ (2)在振子正常振动过程中，以转速4 r/s匀速转动把手，振子的振动稳定后，振子做什么运动？其周期是多少？ 探究新知——典例探究 【解析】（1）用手往下拉振子，放手后，因振子所受回复力满足F=-kx，所以做固有振动，根据题意T固== s=0.5 s，f固==2 Hz， 由于阻力的存在，振子克服阻力做功消耗能量，振幅越来越小，故振动为阻尼振动。 （2）由于把手转动的转速为4 r/s，它给弹簧振子的驱动力频率为f驱=4 Hz，周期T驱=0.25 s，故振子做受迫振动，振动达到稳定状态后，其频率(或周期)等于驱动力的频率(或周期)，而跟固有频率(或固有周期)无关，即f=f驱=4 Hz，T=T驱=0.25 s。 03 PART 03 第二部分 共振现象及其应用 探究新知 19 探究新知——实验探究受迫振动振幅与固有频率关系 物体做受迫振动的振幅是否也跟它的固有频率无关呢? 结论：驱动力的频率等于振动物体的固有频率时，振幅最大；驱动力的频率跟固有频率相差越大，振幅越小。 探究新知——共振 共振的定义：在受迫振动中，驱动力的频率等于系统的固有频率时，受迫振动的振幅最大，这种现象叫做共振。 共振曲线： 横轴：表示驱动力的频率，纵轴：表示受迫振动的振幅 尝试描述下特点？ 受迫振动的规律： 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。 探究新知——共振的应用 在生活生产或科技领域中，哪些利用了共振，它们工作原理是什么？ 1.微波炉加热原理 食物中水分子的振动频率约为2500MHz,具有大致相同频率的电磁波称为 “微波” .微波炉加热食品时，炉内产生很强的振荡电磁场，使食物中的水分子作受迫振动，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。 探究新知——共振的应用 2.测量机器转速的转速计 把一些不同长度的钢片装在同一个支架上，可以制成测量机器转速的转速计。使转速计与开动着的机器紧密接触，机器振动引起转速计的轻微振动，这时固有频率与机器运转频率相同的那片钢片发生共振，有较大的振幅。若已知钢片的固有频率，就可知道机器的转速。 3.共振筛 共振筛是利用共振现象制成的把筛子用四根弹簧支起来，在筛架上安装一个偏心轮，就成了共振筛.偏心轮在发动机的带动下发生转动时，适当调节偏心轮的转速，可以使筛子受到的驱动力的频率接近筛子的固有频率，这时筛子发生共振，振幅最大，提高了筛除杂物的效。 探究新知——共振的应用 3.共振筛 探究新知——共振的防止 4.声音的共振叫共鸣 共鸣箱：用在乐器上 探究新知——共振的防止 在生活生产或科技领域中，共振有哪些危害？ 1.1831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。 探究新知——共振的防止 2.1940 年11月7日美国 Tocama 悬索桥因风共振而坍塌。 探究新知——共振的防止 你知道有哪些措施可以有效避免共振的危害？ 沪通长江大桥安装阻尼器 探究新知——典例探究 【例3】(2025·深圳市高二期中)某同学利用如图所示的装置做多单摆实验。在一根张紧的绳子上悬挂几个摆球，当驱动摆B摆动起来后，摆A、C、D、E也跟着摆动起来。已知摆长LB=LD>LA>LC>LE，在振动稳定后，下列说法正确的是 A.驱动摆B只是把振动形式传递给其他单摆，并不 传递能量 B.单摆D、E的摆动振幅AD>AE C.单摆A摆动过程中多次通过同一位置时，速度和加速度都一定相同 D.单摆A、B、C、D、E的摆动周期满足TB=TD>TA>TC>TE 探究新知——典例探究 【解析】驱动摆B不仅把振动形式传递给其他单摆，同时也把能量传递给其他单摆，故A项错误；如果驱动摆B的周期为T，其他单摆都做受迫振动，振动周期都等于驱动摆的周期，振动频率也都等于驱动摆的频率，当驱动力的周期和单摆自身的固有周期T=2π(其中g为重力加速度，l为摆长)相等时，振幅最大，单摆D的摆长与B相同，则单摆B、D产生共振，则振幅AD>AE，故B项正确，D项错误；单摆A摆动过程中多次通过同一位置时，速度大小相等但方向可能不同，根据F=-kx可得加速度a==-，所以加速度一定相同，故C项错误。 探究新知——典例探究 【例4】(多选)(2025·昆明市高二期中)如图甲所示，把一个筛子用四根弹簧支撑起来，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。该共振筛的共振曲线如图乙所示。已知增大电压，可使偏心轮转速提高；增加筛子的质量，可增大筛子的固有周期。现在，在某电压下偏心轮的转速是40 r/min，下列操作可使筛子振幅减小的是 A.将偏心轮的转速调整为45 r/min B.将偏心轮的转速调整为38 r/min C.稍微增加筛子的质量 D.稍微减小筛子的质量 探究新知——典例探究 【解析】开始时f=n=40 r/min= r/s= Hz<0.8 Hz，而n=45 r/min=0.75 r/s=0.75 Hz<0.8 Hz，要使筛子振幅减小，偏心轮的转速需要降低，故A错误，B正确； 因开始时f= Hz<0.8 Hz，要使筛子振幅减小，则应增大筛子的固有频率， 即减小其固有周期，则可稍微减小筛子的质量，故C错误，D正确。 课堂小结 受迫振动共振 振动中的能量损失 受迫振动：在驱动力作用下的振动。 阻尼振动：振幅逐渐减小 受迫振动 共振 产生共振的条件 共振的防止和应用 振动系统能量衰减方式 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 布置作业 1.认真阅读课本本节内容，并完成课后“练习与应用”； 2.完成分层作业。 谢谢聆听 鼎力物理制作，盗版必究 谢谢聆听 Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) 1.微量振荡天平可测大气颗粒物浓度。右图为微量振荡天平的振动系统示意图，滤膜固定在空心锥形振荡管的顶部，锥形振荡管的底部固定在底座上。系统工作时，底座不振动，滤膜随振荡管在驱动系统（图中未画出）的驱动下一起振动。含尘大气通过滤膜时，颗粒物沉积在滤膜上，导致振动系统的固有频率变化。测量出振动系统一定时间间隔前、后的固有频率，就可推算出这段时间内大气颗粒物的平均浓度。假设驱动系统的频率始终可覆盖振动系统的固有频率变化范围，下列说法正确的是 （      ）  A.驱动频率一直增大，振荡管的振幅一直增大 B.驱动频率增大，锥形振荡管的振动频率不变 C.锥形振荡管的振幅仅与驱动频率有关 D.驱动频率越接近锥形振荡管的固有频率，锥形振荡管的振幅越大 2.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(　　) 当振子稳定振动时，它的振动周期是0.5 s 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 3.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 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0.5 Hz B.装置(a)中至少有一个单摆的摆长约1.0 m C.装置(a)中至少有三个单摆的固有周期相同 D.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 m 5.单摆做阻尼振动的振动图线如图所示，下列说法正确的是（　　） A.摆球在A时刻的动能等于B时刻的动能 B.摆球在A时刻的势能等于B时刻的势能 C.摆球在A时刻的机械能等于B时刻的机械能 D.摆球在A时刻的机械能大于B时刻的机械能 $