2022-2023年人教版(2019)新教材高中物理選擇性必修1 第2章機械振動第6節(jié)受迫振動 共振(2)課件

1、受迫振動 共振1.如果振動系統(tǒng)不受外力的作用,此時的振動叫做_振動,其振動頻率稱為_.2系統(tǒng)克服阻尼的作用要做功,消耗_,因而振幅_,最后停下來.這種振幅_的振動,叫做阻尼振動.3用周期性的外力作用于振動系統(tǒng),外力對系統(tǒng)做功,補償系統(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做_,系統(tǒng)在_作用下的振動叫做_振動.4受迫振動的頻率總等于周期性_的頻率,與系統(tǒng)的固有頻率_.5驅(qū)動力頻率f_系統(tǒng)的固有頻率f0時,受迫振動的振幅最大,這種現(xiàn)象叫做_.答案：1固有固有頻率2機械能減小逐漸減小3驅(qū)動力驅(qū)動力受迫4驅(qū)動力無關(guān)5等于共振知識點1阻尼振動(1)阻尼振動實際的振動過程中,系統(tǒng)受到了摩擦力

2、和其他阻力,機械能向內(nèi)能轉(zhuǎn)化是無法避免的,振動過程中機械能不斷減小使振動逐漸減弱直至最終停止.這種振幅逐漸減小的振動叫阻尼振動.阻尼振動的圖象如圖1151所示.圖1151(2)特點阻尼振動的振幅盡管在減小,但其振動周期(頻率)不變,它是由振動系統(tǒng)決定的.振動系統(tǒng)確定后,其振動的周期(頻率)就不變,稱為固有周期(頻率).例如：用力敲鑼,由于鑼受到空氣的阻尼作用,振幅越來越小,鑼聲減弱,但音調(diào)不變.【例1】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,機械能始終不變D振動過程中,機械能不守恒,周期不變【答案】B、D【解析】

3、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項錯誤,B項正確；又因單擺做阻尼振動過程中,振幅逐漸減小,振動的能量也在減少,即機械能在減少,所以C項錯誤,D項正確.選B、D.【思維點悟】阻尼振動的特點是：振幅不斷減小,機械能逐漸減小,不守恒,但周期(或頻率)并不變.對應練習1一單擺在空氣中振動,振幅逐漸減小,下列說法正確的是()A機械能逐漸轉(zhuǎn)化為其他形式的能B后一時刻的動能一定小于前一時刻的動能C后一時刻的勢能一定小于前一時刻的勢能D后一時刻的機械能一定小于前一時刻的機械能解析：單擺振動過程中,因不斷克服空氣阻力

4、做功使機械能逐漸轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,A和D正確；雖然單擺總的機械能在逐漸減小,但在振動過程中動能和勢能仍不斷地相互轉(zhuǎn)化,動能轉(zhuǎn)化為勢能時,動能逐漸減小,勢能逐漸增大,勢能轉(zhuǎn)化為動能時,勢能逐漸減小,動能逐漸增大,所以不能認為后一時刻的動能(或勢能)一定小于前一時刻的動能(或勢能),故B、C錯誤.答案：A、D知識點2受迫振動(1)受迫振動如果系統(tǒng)受到周期性外力的作用就可以利用外力對系統(tǒng)做功,補償系統(tǒng)因阻尼作用而損失的能量,使系統(tǒng)持續(xù)地振動下去,這樣的振動稱為受迫振動.驅(qū)動力：加在振動系統(tǒng)上的周期性外力,叫做驅(qū)動力.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,跟物體的固有頻率無關(guān).(2)自由振動像

5、彈簧振子和單擺那樣,物體偏離平衡位置后,它們就在自己的彈力或重力作用下振動起來,這種振動叫做自由振動.自由振動不受外界的驅(qū)動力作用.自由振動的周期(頻率)為系統(tǒng)的固有周期(頻率).注意：物體的振動如按照能量是否存在損耗來分可分為阻尼振動(減幅振動)和無阻尼振動(等幅振動)；如按照振動的成因來分可分為自由振動或受迫振動.【例2】關(guān)于受迫振動,以下說法中正確的是()A是在一恒力作用下的振動B振動頻率可能大于或小于系統(tǒng)的固有頻率C振動頻率一定等于固有頻率D振動頻率一定等于驅(qū)動力的頻率【答案】B、D【解析】受迫振動是系統(tǒng)在外界周期性驅(qū)動力作用下的振動,驅(qū)動力是周期性的,不可能為恒力；系統(tǒng)做受迫振動時,

6、振動穩(wěn)定后的頻率等于驅(qū)動力的頻率,這個頻率可能大于、等于或小于固有頻率,故B、D正確.【思維點悟】受迫振動的物體是在驅(qū)動力作用下的振動,因此振動的頻率(周期)是驅(qū)動力的頻率(周期),要與自由振動的固有頻率(周期)作出區(qū)別.對應練習2如圖1152所示,曲軸上懸掛一彈簧振子,轉(zhuǎn)動搖把,曲軸可以帶動彈簧振子上下振動,開始時不轉(zhuǎn)動搖把,而讓振子自由上下振動,測得其頻率為2 Hz,然后勻速轉(zhuǎn)動搖把,轉(zhuǎn)速為240 r/min,當振子振動穩(wěn)定時,它們振動的周期為()圖1152A0.5 sB0.25 sC2 s D4 s解析：勻速轉(zhuǎn)動搖把后,振子將做受迫振動,驅(qū)動力的周期跟把手轉(zhuǎn)動的周期是相同的,振子做受迫振

7、動的周期又等于驅(qū)動力的周期,其頻率也等于驅(qū)動力的頻率,與原自由上下振動的頻率無關(guān).答案：B知識點3共振(1)共振受迫振動的物體其振動周期(或頻率)取決于驅(qū)動力的周期,并且當驅(qū)動力的周期(或頻率)與物體的固有周期(或頻率)相等時,受迫振動的振幅最大,這種現(xiàn)象叫做共振.(2)共振的條件f驅(qū)f固即驅(qū)動力的頻率與物體的固有頻率相等.(3)共振曲線受迫振動的振幅隨驅(qū)動力頻率變化的圖線,叫做共振曲線,如圖1153所示.圖1153當ff0時,受迫振動的振幅最大,由此可知f等于做受迫振動物體的固有頻率.注意：當驅(qū)動力的頻率等于物體的固有頻率時,做受迫振動的物體振幅達到最大.從受力角度來看：振動物體所受驅(qū)動力的

8、方向跟它的運動方向相同時,驅(qū)動力對它起加速作用,使它的振幅增大,驅(qū)動力的頻率跟物體的固有頻率越接近,使物體振幅增大的力的作用次數(shù)就越多,當驅(qū)動力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,從而振幅達到最大.從功能關(guān)系來看：當驅(qū)動力頻率越接近物體的固有頻率時,驅(qū)動力與物體運動一致的次數(shù)越多,驅(qū)動力對物體做正功越多,振幅就越大.當驅(qū)動力頻率等于物體固有頻率時,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3】如圖1154所示,兩個質(zhì)量分別為M和m的小球,懸掛在同一根水平細線上,當M在垂直水平細線的平面內(nèi)擺動時

9、,下列說法正確的是()圖1154A兩擺的振動周期是相同的B當兩擺的擺長相等時,m擺的振幅最大C懸掛M的豎直細線長度變化時,m的振幅不變Dm擺的振幅可能超過M擺的振幅【答案】A、B、D【解析】M擺動時,m擺做受迫振動,穩(wěn)定后,m擺振動周期應等于驅(qū)動力的周期,即等于M擺的周期,故選項A正確；當m擺長與M擺長相等時,兩者的固有周期相等,而M擺的固有周期就是使m做受迫振動的驅(qū)動力周期,可見m擺處于共振狀態(tài),選項B正確；M擺長發(fā)生變化,就是使m做受迫振動的驅(qū)動力周期發(fā)生變化,由于m的固有周期不變.這樣兩個周期差別就發(fā)生了變化,因而m的振幅也發(fā)生了變化,選項C錯誤；單擺振動的能量不僅與振幅有關(guān),還跟振動系

10、統(tǒng)的質(zhì)量有關(guān).如果M的質(zhì)量比m的大得多,從M向m傳遞的能量有可能使m的振幅大于M的振幅,選項D正確.綜上所述,正確答案是A、B、D項.【思維點悟】在分析解答有關(guān)共振問題時,要抓住產(chǎn)生共振的條件分析：驅(qū)動力的頻率接近或等于固有頻率時產(chǎn)生共振,此時振動的振幅最大,還要注意從受力角度和能量關(guān)系方面分析共振問題.對應練習3一洗衣機在正常工作時非常平穩(wěn),當切斷電源后,發(fā)現(xiàn)洗衣機先是振動越來越劇烈,然后振動逐漸減弱,對這一現(xiàn)象,下列說法正確的是()正常工作時,洗衣機波輪的運轉(zhuǎn)頻率比洗衣機的固有頻率大正常工作時,洗衣機波輪的運轉(zhuǎn)頻率比洗衣機的固有頻率小正常工作時,洗衣機波輪的運轉(zhuǎn)頻率等于洗衣機的固有頻率當洗

11、衣機振動最劇烈時,波輪的運轉(zhuǎn)頻率恰好等于洗衣機的固有頻率ABCD解析：洗衣機切斷電源,波輪轉(zhuǎn)動逐漸慢下來,在某一小段時間內(nèi)洗衣機發(fā)生了強烈的振動,說明了此時波輪的頻率與洗衣機固有頻率相同,發(fā)生了共振.此后波輪轉(zhuǎn)速減慢,則f驅(qū)f固,所以共振現(xiàn)象消失,洗衣機的振動隨之減弱.答案：C1.自由振動、受迫振動和共振的關(guān)系振動類型項目自由振動受迫振動共振受力情況回復力周期性驅(qū)動力作用周期性驅(qū)動力作用振動周期或頻率由系統(tǒng)本身性質(zhì)決定,即固有周期或固有頻率由驅(qū)動力的周期或頻率決定,即TT驅(qū)或ff驅(qū)T驅(qū)T固或f驅(qū)f固振動能量振動物體的機械能不變由產(chǎn)生驅(qū)動力的物體提供振動物體獲得的能量最大常見例子彈簧振子或單擺(10)機械工作時底座發(fā)生的振動共振篩、聲音的共鳴等2.共振的應用和防止當需要利用共振時,應使驅(qū)動力的頻率接近或等于物體的固有頻率；當需要防止因共振而造成的危害時,應使驅(qū)動力的頻率遠離物體的固有頻率.若驅(qū)動力的頻率不便調(diào)節(jié)時,可改變物體的固有頻率.【例4】把一個篩子用四根彈簧支起來,在篩子