2.5 受迫振动 共振 课件-2026-2027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阻尼振动、受迫振动及共振展开，以“龙洗喷水”现象观察导入，通过“振动衰减原因→持续振动条件→共振现象规律”的脉络，搭建观察任务、实验操作等学习支架。 其亮点在于融合科学探究（如悬挂摆共振实验）、科学思维（图像分析共振曲线）与物理观念（能量转化），结合龙洗、调谐质量阻尼器等实例。采用实验与视频辅助，小结清晰，助力学生提升探究能力，教师可高效教学。

第二章 机械振动 2.5 受迫振动 共振 龙洗为什么会喷水 把清水倒入“龙洗”中，用手有节奏地摩擦盆耳，盆会发出嗡嗡声，水面出现明显波动甚至溅起水花。 观察任务：声音、水花和手的搓动节奏之间有什么关系？ 核心问题：外界周期性作用怎样让振动越来越明显？ 手的周期性摩擦向盆输入能量；当作用节奏与盆的固有振动特征相适应时，水面振动显著增强。 视频 振动一定会一直保持吗？ 判断任务：下面三种说法哪些正确？ A. 没有外界补充能量，实际振动通常会逐渐减弱。 B. 只要持续施加外力，振动频率就一定等于固有频率。 C. 当驱动力频率接近系统固有频率时，振幅可能明显增大。 A、C正确。B错误；受迫振动稳定后的频率等于驱动力频率，不一定等于固有频率。 一、从会停下来的振动开始 拨动弹簧振子或让单摆摆动后，如果不再推动，它们最终会慢慢停下来。 观察任务：图像中振幅怎样随时间变化？ 思考：减少的机械能到哪里去了？ 振幅逐渐减小；机械能通过摩擦阻力转化为内能，或以声波等形式向周围介质辐射。 视频 1. 阻尼振动：振幅逐渐减小 阻尼：振动系统受到的摩擦或其他阻力作用。 阻尼振动：振幅随时间逐渐减小的振动。 证据：相邻峰值越来越低，说明系统机械能不断减少。 图像中的周期基本保持，但振幅逐渐变小，说明阻尼主要表现为能量损失。 2. 能量损失的两种方式 问题：同样是振幅减小，能量损失一定只来自摩擦吗？ 证据1：单摆受空气阻力，机械能逐渐转化为内能。 证据2：音叉带动周围空气振动，能量以声波形式辐射出去。 能量损失可以来自摩擦阻尼，也可以来自向周围介质辐射能量。 二、怎样让振动持续下去 荡秋千时，如果只摆一次，振幅会逐渐减小；如果每次都在合适时机推一下，秋千可以持续摆动。 问题：外力应具有什么特点，才能不断补充能量？ 外力需要周期性地作用，并在合适阶段对系统做正功，补偿阻尼造成的能量损失。 1. 驱动力与受迫振动 驱动力：周期性作用于振动系统的外力。 受迫振动：系统在驱动力作用下的振动。 思考：受迫振动稳定后，它按自己的固有频率振动，还是按驱动力频率振动？ 稳定后的振动频率等于驱动力频率，而不是由系统固有频率决定。 视频 2. 实验：研究受迫振动的频率 实验任务：改变电动机转速，记录驱动力频率和钩码稳定后的振动频率。 观察：驱动力变快或变慢时，钩码振动频率怎样变化？ 判断：钩码自身固有频率是否决定稳定后的频率？ 稳定后钩码振动频率跟随驱动力频率改变；受迫振动稳定后的频率等于驱动力频率。 3. 实验任务：受迫振动频率怎样确定 做一做：研究受迫振动的频率 接通电源，使钩码做受迫振动；改变电动机转速，重复观察。 数据怎样采集？ 1. 驱动力频率：由电动机转速或驱动周期确定。 2. 钩码振动频率：稳定后，数出 N 次全振动所用时间 t。 3. 每改变一次转速，记录一组 f驱、f振，再比较二者。 f振 = f驱 若各组记录均显示 f振 与 f驱 相同，就可归纳：受迫振动稳定后的频率由驱动力决定。 记录要求：每次改变驱动力频率后，比较稳定后的 f振 与 f驱。 三、受迫振动的振幅由什么决定 在一根绳上悬挂几个摆，让其中一个摆先振动，通过绳带动其他摆做受迫振动。 观察任务：哪一个摆振幅最大？它和驱动摆有什么共同点？ 与驱动摆摆长相同的摆振幅最大；摆长相同意味着固有频率相同。 视频 1. 从实验现象归纳共振条件 现象分析：各摆都按驱动摆的频率做受迫振动。 当某摆的固有频率与驱动力频率相等时，它获得能量最有效，振幅最大。 这种现象叫做共振。 共振条件是驱动力频率等于振动系统的固有频率；特征是受迫振动振幅达到最大。 视频 2. 共振曲线：频率越接近，振幅越大 读图任务：横轴表示驱动力频率，纵轴表示受迫振动振幅。 问题：曲线峰值出现在什么位置？远离峰值时振幅怎样变化？ 当 f驱 = f固 时振幅最大；二者差别越大，受迫振动振幅越小。 3. 读图深化：峰越高说明什么 读图任务：比较曲线峰值附近与远离峰值处的振幅。 问题1：峰值附近为什么容易出现明显振动？ 问题2：阻尼增大时，共振危害会怎样变化？ 峰值附近表示频率匹配，系统吸收能量更有效；阻尼增大可耗散能量，峰值降低，危害减小。 3. 共振的利用 情境：共振筛、微波加热等都利用了受迫振动振幅或能量吸收增强的特点。 问题：要利用共振，应怎样选择驱动力频率？ 应使驱动力频率接近或等于系统固有频率，使振动或能量吸收效果增强。 视频 4. 共振的防止 桥梁、机器和高层建筑都可能受到周期性驱动力作用。 问题：为什么军队过桥要便步走？工程上为什么要安装阻尼装置？ 便步走：避免整齐步频接近桥梁固有频率； 阻尼装置：耗散输入能量，减小共振振幅。 安装阻尼器 5. 工程实例：调谐质量阻尼器 情境：高层建筑、桥梁在风或车流作用下会受到周期性驱动力。 问题：为什么在结构中加入阻尼器可以减小晃动？ 分析：阻尼器随主结构运动并耗散能量，使主结构振幅减小。 防共振不只是“避开频率”，还可以通过增大阻尼把输入能量消耗掉。 例1：曲轴带动弹簧振子上下振动。振子自由振动频率为 2 Hz；匀速转动摇把，转速为 240 r/min。 问：振子稳定后的周期是多少？ 解：转速 240 r/min = 4 r/s，驱动力频率 f = 4 Hz。 受迫振动稳定后频率等于驱动力频率，所以 T = 1/f = 1/4 s = 0.25 s 1.（单选）如图为单摆做阻尼振动时的振动图线。下列说法正确的是（ ） A. 振幅逐渐增大 B. 系统机械能逐渐减小 C. 振动频率一定逐渐减小 D. 阻尼振动不再具有周期性 B 2.（单选）下列振动中属于受迫振动的是（ ） A. 敲击后钟摆的自由摆动 B. 断电后弹簧振子的振动 C. 打点计时器接通电源后振针的振动 D. 忽略阻力时单摆的小角度摆动 C 3.（多选）一根绳上悬挂四个单摆，其中 a 与 d 摆长相等。使 d 摆先振动后，其余摆做受迫振动。下列说法正确的是（ ） A. a 摆振幅最大 B. b、c 摆稳定后的频率小于 d 摆 C. a、b、c 摆稳定后的周期均等于 d 摆周期 D. c 摆一定发生共振 AC 4.（单选）为了减小机器底座在工作时的剧烈振动，下列做法合理的是（ ） A. 让机器转动频率接近底座固有频率 B. 增大阻尼或改变结构，使驱动力频率远离固有频率 C. 减小一切阻尼，使振动更稳定 D. 只要机器质量足够大，就一定不会共振 B 阻尼振动 振幅逐渐减小 机械能逐渐损失 受迫振动 周期性驱动力作用 稳定后 f振 = f驱 共振 f驱 = f固 振幅最大 利用 让 f驱 接近或等于 f固 增强振动或能量吸收 防止 让频率错开 增大阻尼减小振幅 $