新教材高中物理第二章機(jī)械振動第6節(jié)受迫振動共振課件新人教版選擇性必修第一冊

第二章

機(jī)械振動第6節(jié)

受迫振動

共振課標(biāo)解讀課標(biāo)要求素養(yǎng)要求1.通過實驗,認(rèn)識受迫振動的特點(diǎn)。2.了解產(chǎn)生共振的條件及其應(yīng)用。1.物理觀念:認(rèn)識受迫振動的特點(diǎn)2科學(xué)探究:能說出生產(chǎn)生活中受迫振動的應(yīng)用實例和利用、防止共振的實例，要點(diǎn)一阻尼振動受迫振動由于實際的振動系統(tǒng)都會受到摩擦力、黏滯力等阻礙作用，振幅必然逐漸減小。這種振幅隨時間逐漸減小的振動稱為___________①。阻尼振動使周期性的外力作用于振動系統(tǒng)，外力對系統(tǒng)做功，補(bǔ)償系統(tǒng)的能量損耗，使系統(tǒng)的振動維持下去。這種周期性的外力叫作驅(qū)動力，系統(tǒng)在驅(qū)動力作用下的振動叫作___________②。受迫振動①（1）實際的彈簧振子的運(yùn)動是阻尼振動嗎？提示實際的彈簧振子在運(yùn)動中除受彈力外，還受阻力的作用，振幅逐漸減小，因此振子做的是阻尼振動。當(dāng)阻尼很小時，在不太長時間內(nèi)看不出振幅有明顯的減小，于是就可以把它當(dāng)作簡諧運(yùn)動來處理。（2）系統(tǒng)做阻尼振動時什么變化？什么不變？提示振幅和振動系統(tǒng)的機(jī)械能變化，振動的周期和頻率不變。②物體做受迫振動時，振動頻率由什么決定？提示振動頻率由驅(qū)動力的頻率決定。做受迫振動的物體，其振動頻率總等于驅(qū)動力的頻率，與物體的固有頻率無關(guān)。要點(diǎn)二共振當(dāng)驅(qū)動力的頻率等于固有頻率時，物體做受迫振動的振幅達(dá)到最大值，這種現(xiàn)象稱為_______③。共振③（1）做受迫振動的物體一定會發(fā)生共振嗎？提示

不一定。物體做受迫振動時，當(dāng)驅(qū)動力的頻率等于固有頻率時，才會發(fā)生共振，即發(fā)生共振的物體一定做受迫振動，做受迫振動的物體不一定發(fā)生共振。（2）用扁擔(dān)挑水前進(jìn)時，有時桶里的水會蕩得厲害，并從桶中濺出來，這是為什么？提示

人挑水時，通過扁擔(dān)對水桶施加周期性的驅(qū)動力，當(dāng)驅(qū)動力的頻率等于桶里水的固有頻率時，水發(fā)生共振，水的動蕩就越來越厲害，就會從桶中濺出來。

探究點(diǎn)一

阻尼振動與受迫振動1.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？[提示]阻尼振動（2）秋千的擺動是什么運(yùn)動？[提示]受迫振動振動類型簡諧運(yùn)動阻尼振動受迫振動產(chǎn)生條件不受阻力作用受阻力作用受阻力和驅(qū)動力作用頻率固有頻率固有頻率驅(qū)動力頻率振幅不變減小大小變化不確定振動圖像形狀不確定實例彈簧振子振動，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2.簡譜運(yùn)動、阻尼振動與受迫振動的比較

特別提醒（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,此頓率稱為固有頻率,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。例（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AD[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A正確，B錯誤。做阻尼振動的物體，頻率由系統(tǒng)的特征決定，與振幅無關(guān)，所以其頻率不變，選項C錯誤，D正確。要點(diǎn)點(diǎn)撥阻尼振動的理解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。1.（多選）下列說法正確的是(

)A.實際的自由振動必然是阻尼振動B.在外力作用下的振動是受迫振動C.阻尼振動的振幅越來越小D.受迫振動穩(wěn)定后的頻率與自身物理條件無關(guān)ACD[解析]實際的自由振動中，由于阻力不可避免，故是阻尼振動，A正確；只有在周期性外力（驅(qū)動力）的作用下物體所做的振動才是受迫振動，B錯誤；阻尼振動振幅越來越小，C正確；受迫振動穩(wěn)定后的頻率等于驅(qū)動力的頻率，D正確。

B

探究點(diǎn)二

共振1.如圖所示的實驗裝置為一掛在曲軸上的彈簧振子，勻速搖動手柄，下面的彈簧振子就會振動起來。實際動手做一下，然后回答以下幾個問題。（1）如果手柄不動而用手拉動一下振子，從振幅角度看彈簧振子的振動屬于什么振動？[提示]阻尼振動。（2）從沒有系統(tǒng)外力作用角度看彈簧振子的振動屬于什么振動？[提示]固有振動。（3）勻速搖動手柄時，觀察到振幅有什么變化？為什么？[提示]振幅不變，系統(tǒng)外力補(bǔ)償系統(tǒng)損失的能量。（4）用不同的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動手柄，彈簧振子的振動有何不同？這能說明什么問題？[提示]轉(zhuǎn)速大時彈簧振子振動得快。說明彈簧振子振動的周期和頻率由手柄轉(zhuǎn)速決定。

3.對共振條件的理解（1）從受力角度看：當(dāng)振動物體所受驅(qū)動力的方向跟它的運(yùn)動方向相同時，驅(qū)動力對它起加速作用，使它的振幅增大，當(dāng)驅(qū)動力的頻率等于物體的固有頻率時，它的每一次作用都使物體的振幅增加，從而振幅達(dá)到最大。（2）從功能關(guān)系看：當(dāng)驅(qū)動力的頻率等于物體的固有頻率時，驅(qū)動力始終對物體做正功，使振動能量不斷增加，振幅不斷增大，直到增加的能量等于克服阻尼作用損耗的能量，振幅才不再增加。例如圖所示是一個單擺的共振曲線。

（2）若將此擺移到高山上，共振曲線的“峰”將怎樣移動？[答案]左移

技巧點(diǎn)撥解答有關(guān)共振問題的關(guān)鍵在分析有關(guān)共振問題時，要抓住產(chǎn)生共振的條件：驅(qū)動力的頻率等于振動系統(tǒng)的固有頻率時產(chǎn)生共振，此時振動的振幅最大。在解決有關(guān)共振的實際問題時，要抽象出受迫振動這一物理模型，弄清驅(qū)動力頻率和固有頻率，然后利用共振的條件進(jìn)行求解。

B

[解析]因為甲的固有頻率等于驅(qū)動力的頻率，根據(jù)受迫振動發(fā)生共振的條件可知甲的振幅較大，做受迫振動的物體的頻率等于驅(qū)動力的頻率，故B正確。

ABC

B

評價檢測·素養(yǎng)提升

BD[解析]物體在驅(qū)動力作用下的振動叫作受迫振動，物體做受迫振動時，振動穩(wěn)定后的頻率等于驅(qū)動力的頻率，跟物體的固有頻率沒有關(guān)系，驅(qū)動力的頻率接近物體的固有頻率時，受迫振動的振幅增大，所以選項B、D正確，A、C錯誤。

B

4.（多選）將一個電動傳感器接到計算機(jī)上，就可以測量快速變化的力，用這種方法測得的某單擺擺動時懸線上拉力的大小隨時間變化的曲線如圖所示。某同學(xué)由此圖像提供的信息作出的下列判斷中，正確的是(

)AC

1.（多選）關(guān)于阻尼振動，以下說法中正確的是(

)A.機(jī)械能不斷減小 B.動能不斷減小C.振幅不斷減小 D.一定不是簡諧運(yùn)動ACD

2.在飛機(jī)的發(fā)展史中有一個階段，飛機(jī)上天后不久，飛機(jī)的機(jī)翼很快就抖動起來，而且越抖越厲害，后來人們經(jīng)過了艱苦地探索，利用在飛機(jī)機(jī)翼前緣處裝置一個配重桿的方法，解決了這一問題。在飛機(jī)機(jī)翼前裝置配重桿的主要目的是(

)DA.加大飛機(jī)的慣性 B.使機(jī)體更加平衡C.使機(jī)翼更加牢固 D.改變機(jī)翼的固有頻率[解析]當(dāng)驅(qū)動力的頻率與物體的固有頻率相等時，發(fā)生共振，振幅最大，因此要減弱機(jī)翼的振動，必須改變機(jī)翼的固有頻率，D正確。

B

B

5.（多選）如圖表示一彈簧振子做受迫振動時的振幅與驅(qū)動力頻率的關(guān)系，由圖可知(

)

ABC

6.脫水機(jī)把衣服脫完水后切斷電源，電動機(jī)還要轉(zhuǎn)一會兒才能停下來，在這一過程中，發(fā)現(xiàn)脫水機(jī)在某一時刻振動得很劇烈，然后又慢慢振動直至停止運(yùn)轉(zhuǎn)，其中振動很劇烈的原因是(

)A.脫水機(jī)沒有放平穩(wěn)B.電動機(jī)在這一時刻轉(zhuǎn)快了C.電動機(jī)在這一時刻的轉(zhuǎn)動頻率跟脫水機(jī)的固有頻率相等D.是脫水機(jī)出現(xiàn)了故障C[解析]電動機(jī)的轉(zhuǎn)動使脫水機(jī)做受迫振動。切斷電源后，電動機(jī)轉(zhuǎn)動的頻率是逐漸變化的，當(dāng)它的頻率等于脫水機(jī)的固有頻率時，發(fā)生共振現(xiàn)象，脫水機(jī)振動得很劇烈，C正確。7.（多選）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BD[解析]因單擺做阻尼振動，根據(jù)阻尼振動的定義可知，其振幅越來越小，而單擺振動過程中的周期是其固有周期，是由本身條件決定的，是不變的，故A錯誤，B正確；因單擺做阻尼振動的過程中，振幅逐漸減小，振動的能量也在減少，即機(jī)械能在減少，故C錯誤，D正確。8.（多選）一砝碼和一輕彈簧構(gòu)成彈簧振子，圖甲所示的裝置可用于研究該彈簧振子的受迫振動。勻速轉(zhuǎn)動把手時，曲桿給彈簧振子以驅(qū)動力，使振子做受迫振動。把手勻速轉(zhuǎn)動的周期就是驅(qū)動力的周期，改變把手勻速轉(zhuǎn)動的速度就可以改變驅(qū)動力的周期。若保持把手不動，給砝碼一向下的初速度，砝碼便做簡諧運(yùn)動，振動圖線如圖乙所示。當(dāng)把手以某一速度勻速轉(zhuǎn)動，受迫振動達(dá)到穩(wěn)定時，砝碼的振動圖線如圖丙所示。

AC

AD

10.（多選）某彈簧振子，自由振動時的振動圖像如圖甲中實線所示，而在某驅(qū)動力作用下做受迫振動時，穩(wěn)定后的振動圖像如圖甲中虛線所示，那么，此受迫振動對應(yīng)的狀態(tài)可能是圖乙中的（圖乙為該彈簧振子的共振曲線）(

)AD

A

[答案]5人

思路導(dǎo)引在分析受迫振動時，首先要弄清驅(qū)動力的來源。受迫