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

第二章

機(jī)械振動(dòng)第6節(jié)

受迫振動(dòng)

共振課標(biāo)解讀課標(biāo)要求素養(yǎng)要求1.通過實(shí)驗(yàn),認(rèn)識(shí)受迫振動(dòng)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(shí)受迫振動(dòng)的特點(diǎn)2科學(xué)探究:能說出生產(chǎn)生活中受迫振動(dòng)的應(yīng)用實(shí)例和利用、防止共振的實(shí)例，要點(diǎn)一阻尼振動(dòng)受迫振動(dòng)由于實(shí)際的振動(dòng)系統(tǒng)都會(huì)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(shí)間逐漸減小的振動(dòng)稱為___________①。阻尼振動(dòng)使周期性的外力作用于振動(dòng)系統(tǒng)，外力對(duì)系統(tǒng)做功，補(bǔ)償系統(tǒng)的能量損耗，使系統(tǒng)的振動(dòng)維持下去。這種周期性的外力叫作驅(qū)動(dòng)力，系統(tǒng)在驅(qū)動(dòng)力作用下的振動(dòng)叫作___________②。受迫振動(dòng)①（1）實(shí)際的彈簧振子的運(yùn)動(dòng)是阻尼振動(dòng)嗎？提示實(shí)際的彈簧振子在運(yùn)動(dòng)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(dòng)。當(dāng)阻尼很小時(shí)，在不太長(zhǎng)時(shí)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(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)來處理。（2）系統(tǒng)做阻尼振動(dòng)時(shí)什么變化？什么不變？提示振幅和振動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械能變化，振動(dòng)的周期和頻率不變。②物體做受迫振動(dòng)時(shí)，振動(dòng)頻率由什么決定？提示振動(dòng)頻率由驅(qū)動(dòng)力的頻率決定。做受迫振動(dòng)的物體，其振動(dòng)頻率總等于驅(qū)動(dòng)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(dòng)力的頻率等于固有頻率時(shí)，物體做受迫振動(dòng)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(dòng)的物體一定會(huì)發(fā)生共振嗎？提示

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

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

探究點(diǎn)一

阻尼振動(dòng)與受迫振動(dòng)1.生活中會(huì)見到陣風(fēng)吹過樹枝，使樹枝左右搖擺，一會(huì)兒樹枝就會(huì)停下來，而蕩秋千的小朋友在一旁大人的不斷推動(dòng)下不停地?cái)[動(dòng)。（1）樹枝的運(yùn)動(dòng)是什么運(yùn)動(dòng)？[提示]阻尼振動(dòng)（2）秋千的擺動(dòng)是什么運(yùn)動(dòng)？[提示]受迫振動(dòng)振動(dòng)類型簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)阻尼振動(dòng)受迫振動(dòng)產(chǎn)生條件不受阻力作用受阻力作用受阻力和驅(qū)動(dòng)力作用頻率固有頻率固有頻率驅(qū)動(dòng)力頻率振幅不變減小大小變化不確定振動(dòng)圖像形狀不確定實(shí)例彈簧振子振動(dòng)，單擺做小角度擺動(dòng)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(dòng)發(fā)聲，鐘擺的擺動(dòng)2.簡(jiǎn)譜運(yùn)動(dòng)、阻尼振動(dòng)與受迫振動(dòng)的比較

特別提醒（1）阻尼振動(dòng)的頻率:阻尼振動(dòng)中振幅雖逐漸減小,但振動(dòng)頻率不會(huì)變化,此頓率稱為固有頻率,由振動(dòng)系統(tǒng)決定。（2）阻尼振動(dòng)與簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的關(guān)系:實(shí)際的振動(dòng)都會(huì)受到阻力的作用,是阻尼振動(dòng);當(dāng)阻力很小時(shí),可認(rèn)為是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。例（多選）一單擺在空氣中振動(dòng)，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(shí)刻的動(dòng)能一定小于前一時(shí)刻的動(dòng)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(dòng)，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(dòng)過程中，動(dòng)能和勢(shì)能仍不斷相互轉(zhuǎn)化，不能確定兩個(gè)時(shí)刻的動(dòng)能與勢(shì)能的大小關(guān)系，故選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤。做阻尼振動(dòng)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(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確。要點(diǎn)點(diǎn)撥阻尼振動(dòng)的理解理解阻尼振動(dòng)要從兩個(gè)方面入手：一是從振動(dòng)能量上來講，由于阻力做功，振動(dòng)物體的機(jī)械能逐漸減小，振幅逐漸變小，但由于振動(dòng)中動(dòng)能與勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化，不能說下一時(shí)刻的動(dòng)能（或勢(shì)能）變?。欢菑恼駝?dòng)周期、頻率上看，周期與頻率由振動(dòng)系統(tǒng)本身決定，阻尼振動(dòng)中周期、頻率不變。1.（多選）下列說法正確的是(

)A.實(shí)際的自由振動(dòng)必然是阻尼振動(dòng)B.在外力作用下的振動(dòng)是受迫振動(dòng)C.阻尼振動(dòng)的振幅越來越小D.受迫振動(dòng)穩(wěn)定后的頻率與自身物理?xiàng)l件無關(guān)ACD[解析]實(shí)際的自由振動(dòng)中，由于阻力不可避免，故是阻尼振動(dòng)，A正確；只有在周期性外力（驅(qū)動(dòng)力）的作用下物體所做的振動(dòng)才是受迫振動(dòng)，B錯(cuò)誤；阻尼振動(dòng)振幅越來越小，C正確；受迫振動(dòng)穩(wěn)定后的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，D正確。

B

探究點(diǎn)二

共振1.如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置為一掛在曲軸上的彈簧振子，勻速搖動(dòng)手柄，下面的彈簧振子就會(huì)振動(dòng)起來。實(shí)際動(dòng)手做一下，然后回答以下幾個(gè)問題。（1）如果手柄不動(dòng)而用手拉動(dòng)一下振子，從振幅角度看彈簧振子的振動(dòng)屬于什么振動(dòng)？[提示]阻尼振動(dòng)。（2）從沒有系統(tǒng)外力作用角度看彈簧振子的振動(dòng)屬于什么振動(dòng)？[提示]固有振動(dòng)。（3）勻速搖動(dòng)手柄時(shí)，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(dòng)手柄，彈簧振子的振動(dòng)有何不同？這能說明什么問題？[提示]轉(zhuǎn)速大時(shí)彈簧振子振動(dòng)得快。說明彈簧振子振動(dòng)的周期和頻率由手柄轉(zhuǎn)速?zèng)Q定。

3.對(duì)共振條件的理解（1）從受力角度看：當(dāng)振動(dòng)物體所受驅(qū)動(dòng)力的方向跟它的運(yùn)動(dòng)方向相同時(shí)，驅(qū)動(dòng)力對(duì)它起加速作用，使它的振幅增大，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率等于物體的固有頻率時(shí)，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(dòng)力的頻率等于物體的固有頻率時(shí)，驅(qū)動(dòng)力始終對(duì)物體做正功，使振動(dòng)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(gè)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(dòng)？[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(shí)，要抓住產(chǎn)生共振的條件：驅(qū)動(dòng)力的頻率等于振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率時(shí)產(chǎn)生共振，此時(shí)振動(dòng)的振幅最大。在解決有關(guān)共振的實(shí)際問題時(shí)，要抽象出受迫振動(dòng)這一物理模型，弄清驅(qū)動(dòng)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?yàn)榧椎墓逃蓄l率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，根據(jù)受迫振動(dòng)發(fā)生共振的條件可知甲的振幅較大，做受迫振動(dòng)的物體的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，故B正確。

ABC

B

評(píng)價(jià)檢測(cè)·素養(yǎng)提升

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

B4.（多選）將一個(gè)電動(dòng)傳感器接到計(jì)算機(jī)上，就可以測(cè)量快速變化的力，用這種方法測(cè)得的某單擺擺動(dòng)時(shí)懸線上拉力的大小隨時(shí)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(dòng)，以下說法中正確的是(

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

2.在飛機(jī)的發(fā)展史中有一個(gè)階段，飛機(jī)上天后不久，飛機(jī)的機(jī)翼很快就抖動(dòng)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(gè)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(dòng)力的頻率與物體的固有頻率相等時(shí)，發(fā)生共振，振幅最大，因此要減弱機(jī)翼的振動(dòng)，必須改變機(jī)翼的固有頻率，D正確。

B

B5.（多選）如圖表示一彈簧振子做受迫振動(dòng)時(shí)的振幅與驅(qū)動(dòng)力頻率的關(guān)系，由圖可知(

)

ABC6.脫水機(jī)把衣服脫完水后切斷電源，電動(dòng)機(jī)還要轉(zhuǎn)一會(huì)兒才能停下來，在這一過程中，發(fā)現(xiàn)脫水機(jī)在某一時(shí)刻振動(dòng)得很劇烈，然后又慢慢振動(dòng)直至停止運(yùn)轉(zhuǎn)，其中振動(dòng)很劇烈的原因是(

)A.脫水機(jī)沒有放平穩(wěn)B.電動(dòng)機(jī)在這一時(shí)刻轉(zhuǎn)快了C.電動(dòng)機(jī)在這一時(shí)刻的轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)使脫水機(jī)做受迫振動(dòng)。切斷電源后，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)，發(fā)生共振現(xiàn)象，脫水機(jī)振動(dòng)得很劇烈，C正確。7.（多選）一單擺做阻尼振動(dòng)，則在振動(dòng)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(dòng)過程中，通過某一位置時(shí)，機(jī)械能始終不變D.振動(dòng)過程中，機(jī)械能不守恒BD[解析]因單擺做阻尼振動(dòng)，根據(jù)阻尼振動(dòng)的定義可知，其振幅越來越小，而單擺振動(dòng)過程中的周期是其固有周期，是由本身?xiàng)l件決定的，是不變的，故A錯(cuò)誤，B正確；因單擺做阻尼振動(dòng)的過程中，振幅逐漸減小，振動(dòng)的能量也在減少，即機(jī)械能在減少，故C錯(cuò)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(dòng)。勻速轉(zhuǎn)動(dòng)把手時(shí)，曲桿給彈簧振子以驅(qū)動(dòng)力，使振子做受迫振動(dòng)。把手勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的周期就是驅(qū)動(dòng)力的周期，改變把手勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的速度就可以改變驅(qū)動(dòng)力的周期。若保持把手不動(dòng)，給砝碼一向下的初速度，砝碼便做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，振動(dòng)圖線如圖乙所示。當(dāng)把手以某一速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，受迫振動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，砝碼的振動(dòng)圖線如圖丙所示。

AC

AD

10.（多選）某彈簧振子，自由振動(dòng)時(shí)的振動(dòng)圖像如圖甲中實(shí)線所示，而在某驅(qū)動(dòng)力作用下做受迫振動(dòng)時(shí)，穩(wěn)定后的振動(dòng)圖像如圖甲中虛線所示，那么，此受迫振動(dòng)對(duì)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(dòng)時(shí)，首先要弄清驅(qū)動(dòng)力的來源。受迫振動(dòng)的