高中人教版 (2019)第二章 机械振动6 受迫振动 共振课文内容课件ppt

这是一份高中人教版 (2019)第二章 机械振动6 受迫振动 共振课文内容课件ppt，共60页。PPT课件主要包含了阻尼振动，固有频率，周期性，驱动力，振幅达到最大值，探究总结，对共振的理解，核心素养微专题，答案AC，课后提能练习等内容，欢迎下载使用。
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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____________．
2．阻尼振动(1)阻力作用下的振动．当振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．
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．
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．
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．
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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．
2．简谐运动、阻尼振动与受迫振动的比较
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【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E＝Ek＋Ep，E减小，但动能和势能相互转化．
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．
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．
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30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n＝30 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】2　120 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Lc>Lb＝Ld>La>Le，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(　　)A．4个单摆的周期Tc>Td>Ta>TeB．4个单摆的频率fa＝fc＝fd＝feC．4个单摆的振幅Aa＝Ac＝Ad＝AeD．4个单摆中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TⅠ∶TⅡ＝________.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】5∶2　Ⅰ　
【解析】由共振曲线及共振的条件可知，Ⅰ和Ⅱ的固有频率分别为0.2 Hz和0.5 Hz，周期之比TⅠ∶TⅡ＝5∶2．当摆长相等时，重力加速度越大，频率越大，月球表面重力加速度小于地球表面重力加速度，故图线Ⅰ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．
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
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，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，若该振动系统的固有频率为f固，则(　　) A．f固＝60 Hz 　　B．50 Hz