【講與練】高中物理人教版(2019)選擇性必修1：2.6 受迫振動共振課件

第二章機(jī)械振動6．受迫振動共振課前預(yù)習(xí)反饋課內(nèi)互動探究課堂達(dá)標(biāo)檢測目標(biāo)體系構(gòu)建核心素養(yǎng)提升目標(biāo)體系構(gòu)建1．知道什么是固有振動和固有頻率，知道什么是阻尼振動，什么是驅(qū)動力，什么是受迫振動，初步形成共振的概念。2．了解阻尼振動中的能量轉(zhuǎn)化，知道受迫振動的頻率等于驅(qū)動力的頻率，能根據(jù)共振曲線研究共振。3．通過實(shí)驗(yàn)研究受迫振動的頻率，通過實(shí)驗(yàn)探究共振現(xiàn)象的產(chǎn)生條件及其特點(diǎn)。4．通過實(shí)驗(yàn)探究受迫振動及共振，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識及實(shí)事求是的科學(xué)精神，通過理解共振的應(yīng)用與防止，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)以致用的意識與能力。課前預(yù)習(xí)反饋

固有振動、阻尼振動

知識點(diǎn)

11．固有振動振動系統(tǒng)___________________的振動。2．固有頻率_______振動的頻率。3．阻尼振動振幅隨時間___________的振動。在不受外力作用下固有逐漸減小受迫振動

知識點(diǎn)

21．驅(qū)動力作用于振動系統(tǒng)的_________外力。2．受迫振動系統(tǒng)在_________作用下的振動叫受迫振動。3．受迫振動的頻率做受迫振動的系統(tǒng)振動穩(wěn)定后，其振動頻率等于_________的頻率，與系統(tǒng)的___________無關(guān)。周期性驅(qū)動力驅(qū)動力固有頻率

共振

知識點(diǎn)

31．條件驅(qū)動力頻率_______系統(tǒng)的固有頻率。2．特征共振時受迫振動的物體_______最大。3．共振的應(yīng)用與防止(1)共振的應(yīng)用采用方法：在應(yīng)用共振時，驅(qū)動力頻率接近或等于振動系統(tǒng)的___________。等于振幅固有頻率(2)共振的防止采用方法：在防止共振時，驅(qū)動力頻率與系統(tǒng)的___________相差越大越好。固有頻率思考辨析『判一判』(1)固有頻率由系統(tǒng)本身決定。(

)(2)阻尼振動的頻率不斷減小。(

)(3)阻尼振動的振幅不斷減小。(

)(4)受迫振動的頻率等于振動系統(tǒng)的固有頻率。(

)(5)生活中應(yīng)盡量使驅(qū)動力的頻率接近振動系統(tǒng)的固有頻率。(

)(6)驅(qū)動力的頻率等于系統(tǒng)的固有頻率時，發(fā)生共振現(xiàn)象。(

)√×√××√『選一選』(多選)據(jù)古書記載，古時京城有戶人家掛著的銅盤每天早晚輕輕自鳴兩次，人們十分驚恐。一學(xué)者判斷，這是銅盤與皇宮早晚的鐘聲共鳴所致。后來把銅盤磨薄一些，它就不再自鳴了。關(guān)于這個現(xiàn)象，下列說法中正確的是(

)A．共鳴是一種共振B．銅盤共鳴時的振動頻率等于皇宮鐘聲的頻率C．把銅盤磨薄改變了驅(qū)動力的頻率D．把銅盤磨薄使銅盤的固有頻率不等于驅(qū)動力的頻率ABD解析：共鳴是可發(fā)聲的物體之間的共振，故A正確；發(fā)生共鳴的條件是頻率相等，故B正確；把銅盤磨薄改變了銅盤的固有頻率，故C錯誤；把銅盤磨薄使銅盤的固有頻率不等于驅(qū)動力的頻率，這樣就不會發(fā)生共鳴了，故D正確?！合胍幌搿幌匆聶C(jī)在衣服脫水完畢關(guān)閉電源后，脫水桶還要轉(zhuǎn)動一會才能停下來。在關(guān)閉電源后，發(fā)現(xiàn)洗衣機(jī)先振動得比較弱，有一陣子振動得很劇烈，然后振動慢慢減弱直至停下來。(1)開始時，洗衣機(jī)為什么振動比較弱？(2)期間劇烈振動的原因是什么？答案：(1)開始時，脫水桶轉(zhuǎn)動的頻率遠(yuǎn)高于洗衣機(jī)的固有頻率，振幅較小，振動比較弱。(2)當(dāng)洗衣機(jī)脫水桶轉(zhuǎn)動的頻率等于洗衣機(jī)的固有頻率時發(fā)生共振，振動劇烈。課內(nèi)互動探究探究

簡諧運(yùn)動、阻尼振動與受迫振動情境導(dǎo)入生活中會見到陣風(fēng)吹過樹枝，使樹枝左右搖擺，一會兒樹枝就會停下來，而蕩秋千的小朋友在一旁大人的不斷推動下不停地擺動。(1)樹枝的運(yùn)動是什么運(yùn)動？(2)秋千的擺動是什么運(yùn)動？提示：(1)阻尼振動(2)受迫振動要點(diǎn)提煉1.認(rèn)識三種振動(1)簡諧運(yùn)動是一種理想化的模型，物體運(yùn)動過程中的一切阻力都不考慮。(2)阻尼振動考慮阻力的影響，是更實(shí)際的一種運(yùn)動。(3)受迫振動是物體做阻尼振動時受到周期性驅(qū)動力作用下的振動。2．簡諧運(yùn)動、阻尼振動與受迫振動的比較振動類型比較項(xiàng)目簡諧運(yùn)動阻尼振動受迫振動實(shí)例彈簧振子振動，單擺做小角度擺動敲鑼打鼓發(fā)出的聲音越來越弱，是因振幅越來越小揚(yáng)聲器紙盆振動發(fā)聲，鐘擺的擺動(1)阻尼振動的頻率：阻尼振動中振幅雖逐漸減小，但振動頻率不會變化，此頻率稱為固有頻率，由振動系統(tǒng)決定。(2)阻尼振動與簡諧運(yùn)動的關(guān)系：實(shí)際的振動都會受到阻力的作用，是阻尼振動。當(dāng)阻力很小時，可認(rèn)為是簡諧運(yùn)動。

典例剖析

(多選)一單擺在空氣中振動，振幅逐漸減小，下列說法正確的是(

)A．單擺的機(jī)械能逐漸轉(zhuǎn)化為其他形式的能B．單擺后一時刻的動能一定小于前一時刻的動能C．單擺振幅減小，頻率也隨著減小D．單擺振幅雖然減小，但其頻率不變典例1AD思路引導(dǎo)：理解阻尼振動要從兩個方面入手：一是從振動能量上來講，由于阻力做功，振動物體的機(jī)械能逐漸減小，振幅逐漸變小，但由于振動中動能與勢能相互轉(zhuǎn)化，不能說下一時刻的動能(或勢能)變??；二是從振動周期、頻率上看，周期與頻率由振動系統(tǒng)本身決定，阻尼振動中周期、頻率不變。解析：單擺做阻尼振動，因不斷克服空氣阻力做功使機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但是在振動過程中，動能和勢能仍不斷相互轉(zhuǎn)化，不能確定兩個時刻的動能與勢能的大小關(guān)系，故選項(xiàng)A正確，選項(xiàng)B錯誤；做阻尼振動的物體，頻率由系統(tǒng)的性質(zhì)決定，與振幅無關(guān)，所以其頻率不變，選項(xiàng)C錯誤，選項(xiàng)D正確。(2023·福建泉州實(shí)驗(yàn)中學(xué)高二期末)如圖是單擺做阻尼振動的位移—時間圖像，下列說法正確的是(

)A．阻尼振動是一種受迫振動B．?dāng)[球在P與N時刻的勢能相等C．?dāng)[球在P與N時刻的動能相等D．?dāng)[球在P與N時刻的機(jī)械能相等對點(diǎn)訓(xùn)練?B解析：單擺振幅減小受到的阻力不是驅(qū)動力，因而不是受迫振動，故A錯誤；振幅減小，擺球的機(jī)械能逐漸減少，由于P、N兩時刻擺球的位移大小相同，故在這兩個時刻擺球相對零勢能點(diǎn)的距離相同，勢能也相同，但由于P時刻的機(jī)械能大于N時刻的機(jī)械能，所以P時刻的動能大于在N時刻的動能，故B正確，C、D錯誤。探究

對共振的理解情境導(dǎo)入提示：磬不敲自鳴是因?yàn)槠涔逃蓄l率和寺里的鐘聲頻率相同引起了共振；和尚的朋友用鋼銼在磬上銼了幾處，就改變了磬的固有頻率，從而破壞了磬和寺里鐘聲的共振條件，磬也就不會不敲自鳴了。要點(diǎn)提煉1.共振的定義物體做受迫振動時，當(dāng)驅(qū)動力的頻率等于系統(tǒng)的固有頻率時，振動的振幅最大，這種現(xiàn)象叫共振。2．發(fā)生共振的條件f驅(qū)＝f固，即驅(qū)動力的頻率等于振動系統(tǒng)的固有頻率。3．共振曲線如圖所示，共振曲線直觀地反映出驅(qū)動力的頻率對受迫振動物體振幅的影響。由共振曲線可知，當(dāng)驅(qū)動力的頻率與物體的固有頻率相等時，受迫振動的振幅最大。4．從功能關(guān)系理解當(dāng)驅(qū)動力的頻率等于固有頻率時，驅(qū)動力整個周期都與物體運(yùn)動方向一致，從而任何時間都做正功，振動能量不斷增加，直到增加的能量等于克服阻力消耗的能量時，振幅達(dá)到最大值。(1)受迫振動的振幅與驅(qū)動力頻率有關(guān)。(2)受迫振動的振幅可以不變，但受迫振動的機(jī)械能是不守恒的。(3)共振是物體做受迫振動時的一種特殊現(xiàn)象。

共振有利時盡量讓f接近f0，有害時盡量讓f遠(yuǎn)離f0。

典例剖析

如圖所示，在曲軸A上懸掛一個彈簧振子，如果不轉(zhuǎn)動把手B，而用手向下拉振子小球m，放開手后，讓小球上下自由振動測得彈簧振子做30次全振動所用的時間是15s；如果勻速轉(zhuǎn)動把手，也可使彈簧振子上下振動。若使把手以轉(zhuǎn)速n＝30r/min勻速轉(zhuǎn)動，當(dāng)彈簧振子的振動達(dá)到穩(wěn)定后，它的振動周期是_____s。若要想使彈簧振子的振幅達(dá)到最大，則把手的轉(zhuǎn)速應(yīng)為_________r/min。典例22120思路引導(dǎo)：勻速轉(zhuǎn)動搖把后，振子做受迫振動，驅(qū)動力的周期等于把手轉(zhuǎn)動的周期。根據(jù)受迫振動特征f受迫＝f驅(qū)，有T受迫＝T驅(qū)。為使振子的振幅達(dá)到最大，只要T驅(qū)＝T固即可。解析：受迫振動的特點(diǎn)：f受迫＝f驅(qū)，f受迫與固有頻率無關(guān)，若發(fā)生共振則f驅(qū)＝f固，(多選)(2023·江蘇淮安淮陰中學(xué)高二期末)如圖所示為單擺在兩次受迫振動中的共振曲線，下列說法正確的是()A．若兩次受迫振動分別在月球上和地球上進(jìn)行，且擺長相同，則圖線Ⅰ表示月球上單擺的共振曲線B．若兩次受迫振動是在地球上同一地點(diǎn)進(jìn)行，則兩次擺長之比l1

l2＝254C．圖線Ⅱ若是在地球上完成的，則該擺的擺長約為1mD．若擺長均為1m，則圖線Ⅰ是在地球上完成的對點(diǎn)訓(xùn)練?ABC核心素養(yǎng)提升共振的利用與防止(1)利用：由共振的條件知，要利用共振，就應(yīng)盡量使驅(qū)動力的頻率與物體的固有頻率一致。(2)防止：由共振曲線可知，在需要防止共振危害時，要盡量使驅(qū)動力的頻率和固有頻率不相等，而且相差越大越好。

(多選)把一個篩子用四根彈簧支起來，篩子上一個電動偏心輪，它每轉(zhuǎn)一周，給篩子一個驅(qū)動力，這樣就做成了一個共振篩(如圖所示)，篩子做自由振動時，完成10次全振動用時15s，在某電壓下，電動偏心輪轉(zhuǎn)速是36r/min。已知增大電壓可使偏心輪轉(zhuǎn)速提高；增加篩子的質(zhì)量，可以增大篩子的固有周期，那么要使篩子的振幅增大，下列哪些做法是正確的()A．提高輸入電壓 B．降低輸入電壓C．增加篩子質(zhì)量 D．減小篩子質(zhì)量案例AC方法提升：共振篩的工作原理是利用共振現(xiàn)象，當(dāng)電動機(jī)偏心輪的轉(zhuǎn)動周期跟篩子的固有周期相等時，就會發(fā)生共振。課堂達(dá)標(biāo)檢測1．(2023·黑龍江省鶴崗一中高二下學(xué)期月考)一單擺做阻尼振動，則在振動過程中(

)A．振幅越來越小，周期也越來越小B．振幅越來越小，周期不變C．在振動過程中，通過某一位置時，機(jī)械能始終不變D．振動過程中，機(jī)械能不守恒，頻率減小B2.(2023·山東省泰安一中高二檢測)如圖所示為受迫振動的演示裝置，當(dāng)單擺A振動起來后，通過張緊的水平懸繩迫使單擺B、C振動，則下列說法正確的是(

)A．只有A、C擺振動周期相等B．A擺的周期比B擺的小C．B擺的振幅比C擺的振幅大D．A、B、C三擺的振動周期相等D解析：當(dāng)單擺A振動起來后，單擺B、C做受迫振動，穩(wěn)定后，做受迫振動的單擺B、C的周期(或頻率)等于單擺A(驅(qū)動力)的周期(或頻率)，選項(xiàng)A、B錯誤，D正確；因?yàn)閱螖[A、C的擺長相等，所以單擺C的固有頻率等于單擺A(驅(qū)動力)的頻率，單擺C發(fā)生共振，振幅最大，選項(xiàng)C錯誤。3．如圖所示為路面共振破碎機(jī)，用于舊水泥路面破碎。破碎機(jī)工作錘頭上裝有專用傳感器，感應(yīng)路面的振動反饋，由電腦自動調(diào)節(jié)振動頻率，激發(fā)錘頭下水泥路面局部范圍產(chǎn)生共振，使路面內(nèi)部顆粒間的摩擦阻力迅速減小而崩潰，從而將水泥路面擊碎。結(jié)合你所學(xué)的知識判斷以下說法正確的是(

)CA．錘頭周期性擊打路面過程中，傳感器接收到的頻率就是水泥路面振動的固有頻率B．錘頭周期性擊打水泥路面停止工作后，水泥路面振動的固有頻率隨著振幅減小而減小C．調(diào)節(jié)振動錘頭的振動頻率等于水泥路面的固有頻率時，水泥路面發(fā)生共振D．水泥路面發(fā)生共振時，