《新教材2023高中物理第二章机械振动2.6受迫振动共振课件新人教版选择性必修第一册》由会员分享，可在线阅读，更多相关《新教材2023高中物理第二章机械振动2.6受迫振动共振课件新人教版选择性必修第一册（40页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第第二二章章机械振动机械振动学习目标学习目标1.通过观察实际的振动实例通过观察实际的振动实例,知道阻尼振动和受迫振动知道阻尼振动和受迫振动,能够用能能够用能量的观点分析阻尼振动的能量变化和受迫振动的共振现象量的观点分析阻尼振动的能量变化和受迫振动的共振现象.2.结合生活情境结合生活情境,知道振动的维持需要驱动力知道振动的维持需要驱动力;通过观察机器底座通过观察机器底座的振动、扬声器的振动感受受迫振动的振动、扬声器的振动感受受迫振动,知道受迫振动的频率等于知道受迫振动的频率等于驱动力的频率驱动力的频率,与物体的固有频率无关与物体的固有频率无关,培养推理与归纳能力培养推理与归纳能力.3.知道什么是
2、共振知道什么是共振,理解共振发生的条件理解共振发生的条件,了解生活中应用共振和了解生活中应用共振和防止共振的事例和方法防止共振的事例和方法,培养应用知识解决实际问题的能力培养应用知识解决实际问题的能力.6受迫振动受迫振动共振共振知识点知识点一一阻尼振动阻尼振动1.观察生活中的振动现象观察生活中的振动现象,比如秋千的摆动比如秋千的摆动,音叉的振动音叉的振动,为什么振为什么振动最后都会停止动最后都会停止?答案答案:实际的振动都会有机械能损失实际的振动都会有机械能损失.秋千运动过程中受到摩擦阻秋千运动过程中受到摩擦阻力作用力作用,振幅逐渐减小振幅逐渐减小;音叉振动时音叉振动时,一部分机械能随声波辐射
3、到周一部分机械能随声波辐射到周围空间围空间,音叉振幅减小音叉振幅减小.2.阻尼振动阻尼振动:随随时间逐渐减小的振动称为阻尼振动时间逐渐减小的振动称为阻尼振动,其振动其振动图像如图所示图像如图所示.3.振振动系系统能量衰减的两种方式能量衰减的两种方式.(1)由于振由于振动系系统受到摩擦阻力的作用受到摩擦阻力的作用,使振使振动系系统的机械能逐的机械能逐渐转化化为.例如例如单摆.(2)由于振由于振动系系统引起引起邻近介近介质中各中各质点的振点的振动,使能量向使能量向四四周周出出去去,从而自身机械能减少从而自身机械能减少.例如音叉例如音叉发声声.振幅振幅内能内能辐射射知识点二受迫振动知识点二受迫振动1
4、.当扬声器发出声音时当扬声器发出声音时,是什么使得膜片不断振动是什么使得膜片不断振动?为什么断开为什么断开电源后膜片不再振动电源后膜片不再振动?答案答案:电磁铁吸引膜片驱动膜片振动电磁铁吸引膜片驱动膜片振动.断开电源以后电磁铁磁性断开电源以后电磁铁磁性消失消失,膜片就不再振动膜片就不再振动.2.补偿系统的能量损耗补偿系统的能量损耗,使系统的振动维持下去的周期性的外力使系统的振动维持下去的周期性的外力叫叫作作,系统在驱动力作用下的振动系统在驱动力作用下的振动叫叫作作.驱动力驱动力受迫振动受迫振动3.受迫振受迫振动的的频率率:物体做受迫振物体做受迫振动达到达到稳定后定后,其振其振动频率等率等于于的
5、的频率率,与物体与物体的的无无关关.驱动力力固有固有频率率知识点三知识点三共振共振1.有些歌剧演员能依靠声音将玻璃杯震碎有些歌剧演员能依靠声音将玻璃杯震碎;军队过桥时会禁止军队过桥时会禁止士兵齐步行进士兵齐步行进.这其中蕴含着什么原理这其中蕴含着什么原理?答案答案:当声音振动的频率和杯子的固有频率相同时当声音振动的频率和杯子的固有频率相同时,杯子发生杯子发生共振共振,可以将杯子震碎可以将杯子震碎;军队过桥时禁止士兵齐步行进是为了军队过桥时禁止士兵齐步行进是为了避免桥和脚步产生共振避免桥和脚步产生共振.2.当驱动力的当驱动力的频率频率固有频率固有频率时时,物体做受迫振动物体做受迫振动的的,这种现
6、象这种现象称为称为.等于等于振幅达到最大值振幅达到最大值共振共振3.共振曲共振曲线:下下图反映了受迫振反映了受迫振动的的与与.的的关系关系,图中中f0为振振动物体物体的的.振幅振幅A驱动力力频率率f固有固有频率率小小试试身手身手判断下列说法的正误并和同学交流判断下列说法的正误并和同学交流(正确的打正确的打“”,错误的错误的打打“”).).1.自由摆动的秋千振幅越来越小自由摆动的秋千振幅越来越小,是因为能量在消失是因为能量在消失.()2.受迫振动的频率由振动物体自身和驱动力共同决定受迫振动的频率由振动物体自身和驱动力共同决定.()3.驱动力越大驱动力越大,越容易发生共振越容易发生共振.()4.做
7、阻尼振动的振子的机械能和振幅都在减小做阻尼振动的振子的机械能和振幅都在减小.()探究一探究一对阻尼振动的理解对阻尼振动的理解问题情境问题情境如图所示如图所示,用力敲一下锣用力敲一下锣.注意观察现象并回答下列问题注意观察现象并回答下列问题.1.音调在锣声逐渐减小的过程中是否发生变化音调在锣声逐渐减小的过程中是否发生变化?为什么为什么?答案答案:音调没有发生变化音调没有发生变化.因为锣振动的振幅减小因为锣振动的振幅减小,但是振动频率但是振动频率不变不变.2.在简谐运动中在简谐运动中,振幅由什么决定振幅由什么决定?怎样从能量角度理解阻尼怎样从能量角度理解阻尼振动振动?答案答案:振幅由振动能量决定振幅
8、由振动能量决定.阻尼振动中振动能量转化成其他阻尼振动中振动能量转化成其他能量能量,导致振幅减小导致振幅减小.过程建构过程建构对阻尼振动的对阻尼振动的理理解解.(1)从受力角度看从受力角度看:阻尼振动是振动系统在阻力的作用下阻尼振动是振动系统在阻力的作用下,振幅逐振幅逐渐减小的振动渐减小的振动,如图所示如图所示.阻尼振动中振幅虽然逐渐减小阻尼振动中振幅虽然逐渐减小,但固有但固有频率不会变化频率不会变化,由振动系统决定由振动系统决定.(2)从能量角度看从能量角度看:阻尼振动中振动系统的机械能转化成内能等阻尼振动中振动系统的机械能转化成内能等其他形式的能其他形式的能,导致振幅减小导致振幅减小.【典例
9、【典例1】(多选多选)一单摆做阻尼振动一单摆做阻尼振动,则在振动过程则在振动过程中中()A.振幅越来越小振幅越来越小,周期也越来越小周期也越来越小B.振幅越来越小振幅越来越小,周期不变周期不变C.通过某一位置时通过某一位置时,单摆的机械能始终不变单摆的机械能始终不变D.单摆的机械能不守恒单摆的机械能不守恒,周期不变周期不变解析解析:因为单摆做阻尼振动因为单摆做阻尼振动,所以振幅越来越小所以振幅越来越小,机械能越来越机械能越来越小小.振动周期不变振动周期不变.答案答案:BD探究探究二二对受迫振动的理解对受迫振动的理解问题情境问题情境1.如如图图是一个受迫振动的装置示意图是一个受迫振动的装置示意图
10、,先固定摇把先固定摇把,使弹簧振子使弹簧振子自由振动自由振动,测量振子的周期测量振子的周期,然后以固定的频率匀速转动摇把然后以固定的频率匀速转动摇把,待振子稳定后再次测量振子的周期待振子稳定后再次测量振子的周期,你能得到什么结论你能得到什么结论?答案答案:振子做受迫振动时振动周期等于转动摇把的周期振子做受迫振动时振动周期等于转动摇把的周期,与自由与自由振动时的周期无关振动时的周期无关.2.物体做受迫振动时物体做受迫振动时,如果驱动力补充的能量恰好与振子自如果驱动力补充的能量恰好与振子自由振动时损失的机械能相同由振动时损失的机械能相同,振子将以恒定的振幅振动下去振子将以恒定的振幅振动下去,那么这
11、时候振子的运动能看作简谐运动吗那么这时候振子的运动能看作简谐运动吗?答案答案:不能不能,这时候振子的频率会随驱动力频率的变化而发生这时候振子的频率会随驱动力频率的变化而发生变化变化.过程建构过程建构1.受迫振动是指系统在驱动力作用下的振动受迫振动是指系统在驱动力作用下的振动.做受迫振动的物做受迫振动的物体的振动频率等于驱动力的频率体的振动频率等于驱动力的频率,与物体的固有频率无关与物体的固有频率无关.2.自由振动和受迫振动的自由振动和受迫振动的比比较较.项目项目自由振动自由振动受迫振动受迫振动受力情况受力情况仅受回复力仅受回复力受周期性驱动力作用受周期性驱动力作用振动周期振动周期或频率或频率由
12、系统本身性质决定由系统本身性质决定,T=T固固或或f=f固固由驱动力的周期或频率决定由驱动力的周期或频率决定,T=T驱驱或或f=f驱驱振动能量振动能量振动物体的机械能不变振动物体的机械能不变由产生驱动力的物体提供由产生驱动力的物体提供常见例子常见例子弹簧振子或单摆弹簧振子或单摆机器运转时底座发生的振动机器运转时底座发生的振动【典例【典例2】如图所示】如图所示,曲轴上悬挂一弹簧振子曲轴上悬挂一弹簧振子,转动摇把转动摇把,曲轴可曲轴可以带动弹簧振子上下振动以带动弹簧振子上下振动.开始时不转动摇把开始时不转动摇把,让弹簧振子上下让弹簧振子上下自由振动自由振动,测得振动频率为测得振动频率为2Hz,然后
13、匀速转动摇把然后匀速转动摇把,转速为转速为240r/min,当弹簧振子振动稳定后当弹簧振子振动稳定后,它的振动周期它的振动周期为为()答案答案:B探究三探究三对共振的理解对共振的理解问题情境问题情境某同学用如图所示的装置研究共振某同学用如图所示的装置研究共振.铁架横梁上挂着几个摆铁架横梁上挂着几个摆长不同的摆长不同的摆,其中其中B、D的摆长相等的摆长相等.他先让他先让B摆偏离平衡位置摆偏离平衡位置后释放后释放,B摆通过横梁带动其余摆振动摆通过横梁带动其余摆振动.待振动稳定之后观察现待振动稳定之后观察现象并思考下列问题象并思考下列问题.1.四个摆的固有频率之间有什么关系四个摆的固有频率之间有什么
14、关系?答案答案:B、D两摆的固有频率相同两摆的固有频率相同,A摆的固有频率最大摆的固有频率最大,C摆的摆的最小最小.2.系统稳定后系统稳定后A、C、D摆的振幅有什么特点摆的振幅有什么特点?哪一个最大哪一个最大?答案答案:A、C、D摆的振幅不相同摆的振幅不相同,其中其中D摆的振幅最大摆的振幅最大.1.当驱动力的频率等于固有频率时当驱动力的频率等于固有频率时,物体做受迫振动的振幅最大物体做受迫振动的振幅最大,这种现象叫共振这种现象叫共振.受迫振动振幅与驱动力频率的关系如图所示受迫振动振幅与驱动力频率的关系如图所示.过程建构过程建构2.发生共振的条件发生共振的条件f驱驱=f固固,即驱动力的频率等于振
15、动系统的固有频率即驱动力的频率等于振动系统的固有频率.此时振幅最大此时振幅最大.【典例【典例3】(2021浙江卷浙江卷)(多选多选)为了提高松树上松果的采摘率为了提高松树上松果的采摘率和工作效率和工作效率,工程技术人员利用松果的惯性发明了用打击杆、工程技术人员利用松果的惯性发明了用打击杆、振动器使松果落下的两种装置振动器使松果落下的两种装置,如图甲、乙所示如图甲、乙所示.则则()甲甲乙乙A.针对不同不同树木木,落果效果最好的振落果效果最好的振动频率可能不同率可能不同B.随着振随着振动器器频率的增加率的增加,树干振干振动的幅度一定增大的幅度一定增大C.打打击杆杆对不同粗不同粗细树干打干打击结束后
16、束后,树干的振干的振动频率相同率相同D.稳定后定后,不同粗不同粗细树干的振干的振动频率始率始终与振与振动器的振器的振动频率相同率相同解解析析:当振动器的频率等于树木的固有频率时产生共振当振动器的频率等于树木的固有频率时产生共振,此时树此时树干振动幅度最大干振动幅度最大,落果效果最好落果效果最好,但不同树木的固有频率可能不但不同树木的固有频率可能不同同,故落果效果最好的振动频率可能不同故落果效果最好的振动频率可能不同,选项选项A正确正确,选项选项B错误错误;打击杆对不同粗细树干打击结束后打击杆对不同粗细树干打击结束后,树干的振动频率为其固有树干的振动频率为其固有频率频率,故振动频率不一定相同故振动频率不一定相同,选项选项C错误错误;树干在振动器的振动树干在振动器的振动下做受迫振动下做受迫振动,稳定后稳定后,不同粗细树干的振动频率始终与振动器不同粗细树干的振动频率始终与振动器的振动频率相同的振动频率相同,选项选项D正确正确.答案答案:AD【典例【典例4】下图为一单摆的共振曲线】下图为一单摆的共振曲线,g取取10m/s2.(1)该单摆的摆长约为多少该单摆的摆长约为多少?(2)共振时单摆的振幅
