新教材高中物理第二章机械振动6受迫振动共振课件新人教版选择性必修第一册

1、6受迫振动共振第二章机械振动学习目标学法指导1知道阻尼振动和阻尼振动过程中能量的转化情况2知道什么是受迫振动及产生条件，掌握物体做受迫振动的特点3知道共振现象，掌握产生共振的条件，知道常见的共振的应用和危害1通过受迫振动的实验，培养学生科学探究的兴趣2通过探究实验培养合作精神和积极参与的意识3通过观察和查阅资料，理解受迫振动与共振的关系，并应用在生产、生活中知识导图预习导学 | 新知领悟1固有振动如果振动系统在没有_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，我们把这种振动称为固有振动，其振动频率称为_固有振动、阻尼振动外力固有频率2阻尼振动(1)阻力作用下的振动当振

2、动系统受到阻力的作用时，振动受到了_，系统克服_的作用要做功，消耗机械能，因而_减小，最后停下来(2)阻尼振动振幅逐渐减小的振动振动系统受到的_越大，_减小得越快，阻尼振动的图像如图所示，振幅越来越小，最后停止振动阻尼阻尼振幅阻尼振幅1阻尼振动的振幅在减小的过程中，频率是否随着减小？【答案】阻尼振动的振动频率保持不变2若物体所做的振动是等幅振动，此物体一定是无阻尼振动吗？【答案】不一定区分阻尼与无阻尼的条件是分析振子受不受阻力，而不是看振幅，若受阻力作用同时还有外力给系统做功补充能量，也可保证物体做等幅振动(多选)单摆在振动过程中，摆动幅度越来越小，这是因为()A单摆做的是阻尼振动B能量正在逐

3、渐消灭C动能正在转化为势能D机械能不守恒【答案】AD【解析】能量不能被消灭，只能发生转化或转移，故B错误；单摆在运动中由于受到空气阻力，要克服空气阻力做功，机械能逐渐减小，转化为内能，由能量守恒定律可知，总能量是守恒的，故C错误，A、D正确1受迫振动(1)驱动力：作用于振动系统的_的外力(2)受迫振动：振动系统在_作用下的振动(3)受迫振动的频率：物体做受迫振动达到稳定后，物体振动的频率等于_的频率，与物体的_无关受迫振动、共振周期性驱动力驱动力固有频率2共振(1)定义：驱动力的频率等于振动物体的固有频率时，物体做受迫振动的_的现象(2)条件：驱动力频率_系统的固有频率(3)特征：共振时受迫振

4、动的_最大(4)共振曲线：如图所示表示受迫振动的_与_的关系图像，图中f0为振动物体的固有频率振幅达到最大值等于振幅振幅A 1洗衣机启动和停止时，随着电机转速的变化，有时洗衣机会振动得很厉害，这是什么原因？【答案】当洗衣机电机转动的频率等于洗衣机的固有频率时，发生了共振现象，这时洗衣机振动得很厉害2要防止共振，需要采取什么措施？【答案】尽量使驱动力的频率与固有频率间的差距增大(多选)下列振动，不属于受迫振动的是()A用重锤敲击一下悬吊着的钟后，钟的振动B打点计时器接通电源后，振针的振动C小孩睡在自由摆动的吊床上，小孩随着吊床一起摆动D弹簧振子在竖直方向上沿上下方向振动【答案】ACD【解析】受迫

5、振动是指在周期性驱动力作用下的振动，故A、C、D都是自由振动，B是受迫振动多维课堂 | 素养初培生活中会见到阵风吹过树枝，使树枝左右摇摆，一会儿树枝就会停下来，而荡秋千的小朋友在一旁大人的不断推动下不停地摆动对简谐运动与阻尼、受迫振动的理解问题(1)树枝的运动是什么运动？(2)秋千的摆动是什么运动？【答案】(1)阻尼振动；(2)受迫振动1认识三种振动(1)简谐运动是一种理想化的模型，物体运动过程中的一切阻力都不考虑(2)阻尼振动考虑阻力的影响，是更实际的一种运动(3)受迫振动是物体做阻尼振动时受到周期性驱动力作用下的振动探究总结2简谐运动、阻尼振动与受迫振动的比较振动类型简谐运动阻尼振动受迫振

6、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特别提醒：(1)阻尼振动的频率阻尼振动中振幅虽逐渐减小，但振动频率不会变化，此频率称为固有频率，由振动系统决定(2)阻尼振动与简谐运动的关系实际的振动都会受到阻力的作用，属于阻尼振动当阻力很小时，可认为是简谐运动素养点评：本探究通过对简谐运动、阻尼振动与受迫振动的理解，培养“物理观念”素养对阻尼振动的理解精练1如图所示是单摆做阻尼振动的振动图像则摆球a时刻的动能_b时刻的动能，摆球a时刻的势能_b时刻的势能【答案】大于等于【解析】该题考查阻尼振动的图像以及能量的转化关系在单摆振动过程中，因

7、不断克服空气阻力做功使机械能逐渐转化为内能；虽然单摆总的机械能在逐渐减小，但在振动过程中动能和势能仍不断地相互转化由于a、b两时刻，单摆的位移相等，所以势能相等，但动能不相等变式1(多选)一单摆做阻尼振动，则在振动过程中()A振幅越来越小，周期也越来越小B振幅越来越小，周期不变C通过某一位置时，机械能减小D机械能不守恒，周期不变【答案】BCD【解析】单摆做阻尼振动时，振幅会减小，机械能减小，振动周期不变，故B、C、D正确，A错误秋千问题精练2(2021届上海期末)自由摆动的秋千，摆动的幅度越来越小，下列说法中正确的是()A机械能守恒B总能量守恒，机械能减少C能量正在消失D动能减少，重力势能不变

8、【答案】B【解析】秋千在摆动的过程中，受到阻尼作用，振幅越来越小，所以机械能减小，能量是守恒的动能和重力势能都在不停地变化，两者之和在减小，B正确变式2(2021届上海格致中学期中)关于小孩荡秋千，不计空气阻力的影响，下列说法正确的是()A其他条件相同的情况下，重一些的小孩荡秋千，摆动的频率会更大B在秋千达到最低处时，小孩有失重的感觉C当秋千摆到最低点时，绳子最容易断D这一过程一定是简谐运动【答案】C阻尼振动的能量和周期1阻尼振动的振幅不断减小，能量不断减少，但阻尼振动的频率不变，其频率为固有频率，由系统本身决定2阻尼振动中，机械能E等于动能Ek和势能Ep之和，即EEkEp，E减小，但动能和势

9、能相互转化用扁担挑水前进时，有时桶里的水会荡得厉害，并从桶中溅出来对共振的理解问题(1)这其中的原因是为什么？(2)这种现象，在物理上叫什么？【答案】(1)人挑水时，通过扁担对水桶施加周期性的驱动力，当驱动力的频率等于桶里水的固有频率时，水发生共振，水的动荡就越来越厉害，就会从桶中溅出来(2)共振1共振的定义物体做受迫振动时，当驱动力的频率等于振动物体的固有频率时，物体做受迫振动的振幅达到最大值，这种现象称为共振2发生共振的条件f驱f固，即驱动力的频率等于振动系统的固有频率探究总结3共振曲线如图所示共振曲线直观地反映出驱动力的频率对受迫振动物体振幅的影响由共振曲线可知，当驱动力的频率与物体的固

10、有频率相等时，受迫振动的振幅最大4从功能关系理解当驱动力的频率等于固有频率时，驱动力整个周期都与物体运动方向一致，从而任何时间都做正功，振动能量不断增加，直到增加的能量等于克服阻力消耗的能量时，振幅达到最大值特别提醒：(1)受迫振动的振幅与驱动力频率有关(2)受迫振动的振幅可以不变，但受迫振动的机械能是不守恒的(3)共振是物体做受迫振动时的一种特殊现象共振有利时尽量让f接近f0，有害时尽量让f远离f0素养点评：本探究通过共振的分析，培养“科学思维”素养受迫振动的分析精练3如图所示，在曲轴A上悬挂一个弹簧振子，如果不转动把手B，而用手向下拉振子小球m，放开手后，让小球上下自由振动测得弹簧振子做3

11、0次全振动所用的时间是15 s；如果匀速转动把手，也可使弹簧振子上下振动若使把手以转速n30 r/min匀速转动，当弹簧振子的振动达到稳定后，它的振动周期是_s若要想使弹簧振子的振幅达到最大，则把手的转速应为_【答案】2120 r/min变式3(2021届天津一中检测)如图所示，在一根张紧的水平绳上挂有5个单摆，其中b摆球质量最大，其余4个摆球质量相等，摆长关系为LcLbLdLaLe，现将b摆垂直纸面向里拉开一微小角度后释放，经过一段时间后，其余各摆均振动起来并达到稳定，下列叙述正确的是()A4个单摆的周期TcTdTaTeB4个单摆的频率fafcfdfeC4个单摆的振幅AaAcAdAeD4个单

12、摆中c摆振幅最大【答案】B共振图像问题精练4(2021届扬州中学期中)一个单摆在地面上做受迫振动，其共振曲线(振幅A与驱动力频率f的关系)如图所示，则()A此单摆的固有周期约为0.5 sB此单摆的摆长约为1 mC若摆长增大，单摆的固有频率增大D若摆长增大，共振曲线的峰将向右移动【答案】B变式4如图所示为两个单摆受迫振动的共振曲线两个单摆的固有周期之比为TT_.若两个受迫振动分别在月球上和地球上进行，且摆长相等，则图线_是月球上的单摆的共振曲线【答案】52【解析】由共振曲线及共振的条件可知，和的固有频率分别为0.2 Hz和0.5 Hz，周期之比TT52当摆长相等时，重力加速度越大，频率越大，月球

13、表面重力加速度小于地球表面重力加速度，故图线是月球上的单摆的共振曲线1分析受迫振动的方法(1)在分析受迫振动时，首先要弄清驱动力的来源(2)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，因而首先应确定驱动力的频率(3)当驱动力的频率等于固有频率时，发生共振2改变受迫振动振幅的方法当f驱f固时，振幅最大若改变受迫振动的振幅，可采取两种方法：(1)改变给予振动系统周期性外力的周期，即改变驱动力频率(2)了解影响固有频率的因素，改变固有频率核心素养微专题共振的利用与防止(1)利用：由共振的条件知，要利用共振，就应尽量使驱动力的频率与物体的固有频率一致(2)防止：由共振曲线可知，在需要防止共振

14、危害时，要尽量使驱动力的频率和固有频率不相等，而且相差越大越好【考题延伸】(多选)把一个筛子用四根弹簧支起来，筛子上一个电动偏心轮，它每转一周，给筛子一个驱动力，这样就做成了一个共振筛(如图所示)，筛子做自由振动时，完成10次全振动用时15 s，在某电压下，电动偏心轮转速是36 r/min.已知增大电压可使偏心轮转速提高；增加筛子的质量，可以增大筛子的固有周期，那么要使筛子的振幅增大，下列哪些做法是正确的()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【答案】AC素养点评：本题通过考查共振的应用，培养学生的“科学思维”的素养课堂小练 | 素养达成1手机是常用的通信工具，当来电话时，

15、它可以用振动来提示人们振动原理很简单：是一个微型电动机带动转轴上的叶片转动当叶片转动后，电动机就跟着振动起来其中叶片的形状你认为是下图中的()【答案】A【解析】B、C、D中图形均为中心对称图形，转动起来不会引起振动2受迫振动在稳定状态时()A 一定做简谐运动B .不可能是简谐运动C一定按驱动力的频率振动D一定发生共振【答案】C【解析】在周期性外力的持续作用下，振动系统发生的振动称为受迫振动，可以是简谐运动，也可以是阻尼振动，A、B错误；物体的受迫振动达到稳定状态时，其振动的频率与驱动力频率相同，C正确；只有当周期性驱动力的频率和物体的固有频率相等时振幅达到最大，即发生共振，驱动力频率与系统的自

16、由振动的频率不一定相等，D错误3(2021届吉林第一中学模拟)在飞机的发展史中有一个阶段，飞机上天后不久，飞机的机翼很快就抖动起来，而且越抖越厉害，后来人们经过了艰苦地探索，利用在飞机机翼前缘处装置一个配重杆的方法解决了这一问题，在飞机机翼前装置配重杆的主要目的是()A加大飞机的惯性B使机体更加平衡C使机翼更加牢固 D改变机翼的固有频率【答案】D【解析】飞机抖动得厉害是因为发生了共振现象，想要解决这一问题，需要使系统的固有频率与驱动力的频率差距增大，在飞机机翼前缘处装置一个配重杆，改变的是机翼的固有频率，故D正确4(2021届吉林省八校联考)下表记录了某受迫振动的振幅随驱动力频率变化的关系，若

17、该振动系统的固有频率为f固，则()Af固60 Hz B50 Hzf固60 HzC60 Hzf固70 Hz D以上三个都不对【答案】B驱动力频率/Hz304050607080受迫振动振幅/cm10.216.827.227.116.58.3【解析】固有频率等于驱动力的频率时，振幅最大，固有频率越接近驱动力频率，振幅越大；表格中当驱动力频率为50 Hz和60 Hz时，振幅最大，说明固有频率在50 Hz60 Hz之间，故B正确5如图所示，把两个弹簧振子悬挂在同一支架上，已知甲弹簧振子的固有频率为8 Hz，乙弹簧振子的固有频率为72 Hz，当支架在受到竖直方向且频率为9 Hz的驱动力作用下做受迫振动时，两个弹簧振子的振动情况是()A甲的振幅较大，且振动频率为8 HzB甲的振幅较大，且振动频率为9 HzC乙的振幅较大，且振动频率为9 HzD乙的振幅较大，且振动频率为72 Hz【答案】B【解析】物体做受迫振动时的频率等于驱动力的频率；驱动力的频率越接近物体的固有频率，物体做受迫振动的振幅就越大，B正确6(多选)两