人教版 (2019)选择性必修 第一册6 受迫振动 共振精品备课作业ppt课件

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2.6 受迫振动 共振导学案【学习目标】1.知道什么是阻尼振动和受迫振动，会用能量观点分析阻尼振动的振幅变化和受迫振动的共振现象。2.通过实验认识固有频率、驱动力频率与振动频率之间的区别和联系，了解产生共振的条件，认识共振是受迫振动的一种特殊情况。3.能够根据实际生活中的振动特点，应用振动的规律解释与解决相关问题。【学习重难点】1.教学重点：理解受迫振动的振幅与驱动力频率之间的关系．2.教学难点：理解共振的原因，掌握共振的运动特点．【知识回顾】1.简谐运动（1）定义1：如果物体的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律，即它的振动图像(x ­t图像)是一条正弦曲线，这样的振动是一种简谐运动。（2）定义2:如果物体在运动方向上所受的力与它偏离平衡位置的位移大小成__正比__，并且总是指向平衡位置__，质点的运动就是简谐运动。2.简谐振动的能量振动系统的能量一般指振动系统的机械能。振动的过程就是动能和势能互相转化的过程。(1)在最大位移处，__势能__最大，__动能__为零；(2)在平衡位置处，__动能__最大，__势能__最小；(3)在简谐运动中，振动系统的机械能__守恒__(选填“守恒”或“减小”)，而在实际运动中都有一定的能量损耗，因此简谐运动是一种理想化的模型。3．单摆周期公式(1)公式的提出：周期公式是荷兰物理学家__惠更斯__首先提出的。(2)公式：T＝__2πeq \r(\f(l,g))__，即T与摆长l的二次方根成__正比__，与重力加速度g的二次方根成__反比__。【自主预习】一、固有振动、阻尼振动1．固有振动振动系统__在不受外力作用下__的振动。2．固有频率__固有__振动的频率。3．阻尼振动振幅随时间__逐渐减小__的振动。二、受迫振动1．驱动力作用于振动系统的__周期性__外力。2．受迫振动系统在__驱动力__作用下的振动叫受迫振动。3．受迫振动的频率做受迫振动的系统振动稳定后，其振动频率等于__驱动力__的频率，与系统的__固有频率__无关。三、共振1．条件驱动力频率__等于__系统的固有频率。2．特征共振时受迫振动的物体__振幅__最大。3．共振的应用与防止(1)共振的应用采用方法：在应用共振时，驱动力频率接近或等于振动系统的__固有频率__。(2)共振的防止采用方法：在防止共振时，驱动力频率与系统的__固有频率__相差越大越好。【课堂探究】新课导入观看视频，你是否可以用物理知识解释溅起层层水花这一现象的原因呢？任务一 振动中的能量损失（一)固有频率1.让单摆、弹簧振子自由振动，如果没有外力干扰，则单摆、弹簧振子做什么运动？提示：弹簧振子，单摆做简谐运动。2.单摆、弹簧振子做简谐运动时，其周期或频率与哪些因素有关？提示：单摆、弹簧振子周期或频率与振幅无关，仅由系统自身的性质决定。3.阅读课文，总结什么是固有振动，什么是固有频率？提示：我们把这种振动称为固有振动，其振动频率称为固有频率（振动系统不受外力的作用）。（二）阻尼振动观察实验：如图所示的实验装置为一挂在曲轴上的弹簧振子，用手将振子向下拉动一下释放，观察较长一段时间，你发现振子在振动过程中振幅有什么变化？为什么会出现这种现象？现象：振子在振动的过程中振幅逐渐减小，因为振子在实际振动过程中受到空气的阻碍作用，振动的能量逐渐减少。查阅课本，总结什么是阻尼振动？阻尼振动：振动系统在阻尼（摩擦或其他阻力）作用下的振幅逐渐减小的振动。阻尼振动中，由于存在阻力，振幅不断减小，故振动系统的机械能将不断减少，那么，振动系统的周期和频率也会发生变化吗？提示：振动周期与振幅无关，故阻尼振动中周期和频率不变！阻尼振动的能量有什么特点？提示：物体在做阻尼振动的过程中，总机械能逐渐减小，物体位移大小相等时，势能大小相等，但动能与上一次相比将减小。任务二 受迫振动受迫振动阻尼振动最终要停下来，那么怎样才能产生持续的振动呢？提示：最简单的方法是使周期性的外力作用于振动系统，外力做功，补偿系统的能量损失，使系统的振动维持下去。查阅课本，总结什么是受迫振动，什么是驱动力？受迫振动：物体在周期性变化的驱动力作用下的振动叫做受迫振动。驱动力：维持受迫振动的周期性外力。受迫振动的频率与什么因素有关呢？提示：受迫振动的规律受迫振动稳定时的频率等于驱动力的频率，跟系统的固有频率无关。你知道受迫振动在生产生活或科学技术有哪些具体应用。任务三 共振（一）实验探究受迫振动振幅与固有频率关系物体做受迫振动的振幅是否也跟它的固有频率无关呢?请同学们观看实验，然后进行总结。提示：驱动力的频率等于振动物体的固有频率时，振幅最大；驱动力的频率跟固有频率相差越大，振幅越小。请同学们查阅资料，回答什么是共振？提示：在受迫振动中，驱动力的频率等于系统的固有频率时，受迫振动的振幅最大，这种现象叫做共振。观看受迫振动规律图：横轴：表示驱动力的频率，纵轴：表示受迫振动的振幅尝试描述下特点？受迫振动的规律： f驱= f固时，振幅有最大值；f驱与 f固差别越大时，振幅越小。在生活生产或科技领域中，哪些利用了共振，它们工作原理是什么？1.微波炉加热原理食物中水分子的振动频率约为2500MHz,具有大致相同频率的电磁波称为 “微波” .微波炉加热食品时，炉内产生很强的振荡电磁场，使食物中的水分子作受迫振动，发生共振，将电磁辐射能转化为内能，从而使食物的温度迅速升高.微波加热是对物体内部的整体加热，极大地提高了加热效率。2.测量机器转速的转速计把一些不同长度的钢片装在同一个支架上，可以制成测量机器转速的转速计。使转速计与开动着的机器紧密接触，机器振动引起转速计的轻微振动，这时固有频率与机器运转频率相同的那片钢片发生共振，有较大的振幅。若已知钢片的固有频率，就可知道机器的转速。3.共振筛共振筛是利用共振现象制成的把筛子用四根弹簧支起来，在筛架上安装一个偏心轮，就成了共振筛.偏心轮在发动机的带动下发生转动时，适当调节偏心轮的转速，可以使筛子受到的驱动力的频率接近筛子的固有频率，这时筛子发生共振，振幅最大，提高了筛除杂物的效。4.声音的共振叫共鸣观看原理并解释应用。在生活生产或科技领域中，共振有哪些危害？提示：言之有理即可。请同学们观看视频，认识共振的危害。1.1831年，一队骑兵通过曼彻斯特附近的一座便桥时，由于马蹄节奏整齐，桥梁发生共振而断裂。2.1940 年11月7日美国 Tocama 悬索桥因风共振而坍塌。你知道有哪些措施可以有效避免共振的危害？提示：言之有理即可。【自我测评】1. (多选)一单摆在空气中振动，振幅逐渐减小，下列说法正确的是(　　)A．单摆的机械能逐渐转化为其他形式的能B．单摆后一时刻的动能一定小于前一时刻的动能C．单摆振幅减小，频率也随着减小D．单摆振幅虽然减小，但其频率不变【答案】AD【详解】单摆做阻尼振动，因不断克服空气阻力做功使机械能转化为内能，但是在振动过程中，动能和势能仍不断相互转化，不能确定两个时刻的动能与势能的大小关系，故选项A正确，选项B错误。做阻尼振动的物体，频率由系统的特征决定，与振幅无关，所以其频率不变，选项C错误，选项D正确。2．(多选)下列说法正确的是(　　)A．实际的自由振动必然是阻尼振动B．在外力作用下的振动是受迫振动C．阻尼振动的振幅越来越小D．受迫振动稳定后的频率与自身物理条件无关【答案】ACD【详解】实际的自由振动中，由于阻力不可避免，故是阻尼振动，A正确；只有在周期性外力(驱动力)的作用下物体所做的振动才是受迫振动，B错误；阻尼振动振幅越来越小，C正确；受迫振动稳定后的频率等于驱动力的频率，D正确。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____r/min。【答案】2 120【答案】受迫振动的特点：f受迫＝f驱，f受迫与固有频率无关，若发生共振则f驱＝f固T固＝eq \f(15 s,30)＝0.5 s，转速n＝30 r/min＝eq \f(30,60) r/s＝0.5 r/s角速度ω＝2πn＝π rad/s，∴T受迫＝eq \f(2π,ω)＝2 s若使振子振幅达到最大则有，T驱＝T固，即eq \f(2π,2πn′)＝0.5则n′＝2 r/s＝120 r/min4.(2020·江苏省扬州中学高二下学期期中)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【详解】由图可知，若单摆的振动频率与固有频率相等，则周期为2 s，由T＝2πeq \r(\f(L,g))，可得L≈1 m，故A错B对；若摆长增大，则单摆的固有频率减小，其共振曲线的“峰”将向左移动，故C、D错。【学后反思】本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？