高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册6 受迫振动 共振课文ppt课件

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册6 受迫振动 共振课文ppt课件，共48页。PPT课件主要包含了目标体系构建，课前预习反馈，阻尼振动，在不受外力作用下，逐渐减小，受迫振动，周期性，驱动力，固有频率，ABD等内容，欢迎下载使用。
1．知道什么是固有振动和固有频率，知道什么是阻尼振动，什么是驱动力，什么是受迫振动，初步形成共振的概念。2．了解阻尼振动中的能量转化，知道受迫振动的频率等于驱动力的频率，能根据共振曲线研究共振。3．通过实验研究受迫振动的频率，通过实验探究共振现象的产生条件及其特点。4．通过实验探究受迫振动及共振，培养学生的团队协作意识及实事求是的科学精神，通过理解共振的应用与防止，培养学生学以致用的意识与能力。
1.固有振动振动系统___________________________的振动。2．固有频率_________振动的频率。3．阻尼振动振幅随时间_______________的振动。
『判一判』(1)固有频率由系统本身决定。( 　　)(2)阻尼振动的频率不断减小。( 　　)(3)阻尼振动的振幅不断减小。( 　　)
1.驱动力作用于振动系统的____________外力。2．受迫振动系统在____________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____________的频率，与系统的_______________无关。
『判一判』(4)受迫振动的频率等于振动系统的固有频率。( 　　)(5)生活中应尽量使驱动力的频率接近振动系统的固有频率。( 　　)(6)驱动力的频率等于系统的固有频率时，发生共振现象。( 　　)
1.条件驱动力频率_________系统的固有频率。2．特征共振时受迫振动的物体_________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_______________。(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_______________相差越大越好。
『选一选』(多选)据古书记载，古时京城有户人家挂着的铜盘每天早晚轻轻自鸣两次，人们十分惊恐。一学者判断，这是铜盘与皇宫早晚的钟声共鸣所致。后来把铜盘磨薄一些，它就不再自鸣了。关于这个现象，下列说法中正确的是( )A．共鸣是一种共振B．铜盘共鸣时的振动频率等于皇宫钟声的频率C．把铜盘磨薄改变了驱动力的频率D．把铜盘磨薄使铜盘的固有频率不等于驱动力的频率
解析：共鸣是可发声的物体之间的共振，故A正确；发生共鸣的条件是频率相等，故B正确；把铜盘磨薄改变了铜盘的固有频率，故C错误；把铜盘磨薄使铜盘的固有频率不等于驱动力的频率，这样就不会发生共鸣了，故D正确。
『想一想』洗衣机在衣服脱水完毕关闭电源后，脱水桶还要转动一会才能停下来。在关闭电源后，发现洗衣机先振动得比较弱，有一阵子振动得很剧烈，然后振动慢慢减弱直至停下来。(1)开始时，洗衣机为什么振动比较弱？(2)期间剧烈振动的原因是什么？解析：(1)开始时，脱水桶转动的频率远高于洗衣机的固有频率，振幅较小，振动比较弱。(2)当洗衣机脱水桶转动的频率等于洗衣机的固有频率时发生共振，振动剧烈。
简谐运动、阻尼振动与受迫振动
要点提炼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
(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，是阻尼振动。当阻力很小时，可认为是简谐运动。
典例剖析1．(2023·武汉高二期末)很多高层建筑都会安装减震耗能阻尼器，用来控制强风或地震导致的振动。台北101大楼使用的阻尼器是重达660吨的调谐质量阻尼器，阻尼器相当于一个巨型质量块。简单说就是将阻尼器悬挂在大楼上方，它的摆动会产生一个反作用力，在建筑物摇晃时往反方向摆动，会使大楼摆动的幅度减小。关于调谐质量阻尼器下列说法正确的是( 　　)
A．阻尼器做的是阻尼振动，其振动频率大于大楼的振动频率B．阻尼器的振动频率取决于自身的固有频率C．阻尼器摆动后，摆动方向始终与大楼的振动方向相反D．阻尼器摆动幅度不受风力大小影响解析：由题意可知阻尼器做受迫振动，振动频率与大楼的振动频率相同，故A错误；阻尼器的振动频率取决于大楼的振动频率，与自身的固有频率无关，故B错误；由题意可知，大楼对阻力器的力与阻尼器对大楼的力为一对相互作用力，根据回复力F＝－kx，可知阻尼器摆动后，摆动方向始终与大楼的振动方向相反，故C正确；阻尼器的摆动幅度会受到风力的影响，故D错误。
(2023·常州高二阶段练习)如图所示是用来测量各种发动机转速的转速计原理图。在同一铁支架MN上焊有固有频率依次为100 Hz、90 Hz、80 Hz、70 Hz的四个钢片a、b、c、d，将M端与正在转动的电动机接触，发现b钢片振幅很大，其余钢片振幅很小。则( 　　)A．钢片a的振动频率约为100 HzB．电动机的转速约为90 r/sC．钢片c的振动频率约为80 HzD．钢片d的振动频率约为70 Hz
解析：b钢片振幅很大，说明b钢片的固有频率与电动机振动频率相等或最为接近，故电动机频率约为90 Hz，其他钢片都做受迫振动，振动频率等于电动机的振动频率，都约为90 Hz，故A、C、D错误；电动机的转速和频率相同，约为n＝f＝90 r/s，故B正确。
要点提炼1.共振的定义物体做受迫振动时，当驱动力的频率等于系统的固有频率时，振动的振幅最大，这种现象叫共振。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。
(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。
典例剖析2．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(翅膀)很快就抖动起来，而且越抖越厉害。后来人们经过了艰苦的探索，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。在飞机机翼前缘处装置配重杆的目的主要是( 　　)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
解析：飞机抖动得厉害是因为发生了共振现象，驱动力可能来源于内部的发动机，也可能来源于气流，想要解决共振问题，需要使系统的固有频率与驱动力的频率差别增大，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，故选项D正确。
(多选)如图所示为一个单摆在地面上做受迫振动的共振曲线(振幅A与驱动力频率f的关系)，则下列说法正确的是( )A．此单摆的固有周期约为2 sB．此单摆的摆长约为2 mC．若摆长变小，共振曲线的峰将右移D．若摆长增大，单摆的固有频率增大
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。
(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36r/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
方法提升：共振筛的工作原理是利用共振现象，当电动机偏心轮的转动周期跟筛子的固有周期相等时，就会发生共振。
一、固有振动，受迫振动1．(多选)下列说法中正确的是( )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的物理条件无关解析：物体的实际自由振动都要受到阻力，所以振动能量会减少，所以是阻尼振动，A、C对；受迫振动是在周期外力作用下的振动，所以B错；受迫振动的频率与固有频率无关，所以D对。
2．(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．振动能量逐渐转化为其他形式的能B．后一时刻的动能一定小于前一时刻的动能C．后一时刻的势能一定小于前一时刻的势能D．后一时刻的机械能一定小于前一时刻的机械能解析：阻尼振动的能量逐渐减小，振幅在不断减小，振动系统的机械能。逐渐转化为其他形式的能，所以机械能在不断减小；若单摆是从平衡位置摆动时，动能在减小，重力势能在增大。
3．下列振动属于受迫振动的是( 　　)A．用重锤敲击一下悬吊着的钟后钟的摆动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解析：受迫振动是振动系统在驱动力作用下的振动，故只有B是受迫振动，A、C是阻尼振动。D是简谐运动。
二、共振4.如图所示是物体做受迫振动的共振曲线，其纵坐标表示了物体( 　　)A．在不同时刻的振幅B．在不同时刻的位移C．在不同驱动力下的振幅D．在不同驱动力下的位移解析：此图符合物体受迫振动的A－f曲线，故纵坐标为物体在不同驱动力下的振幅，故选C。
5．(多选)(2023·佛山高二期中)我国古代有一种利用共振原理的古琴调弦技术，将一小纸人放在需要调整音准的弦上，然后拨动另一个音调准确的古琴上对应的琴弦，小纸人跳动越明显代表音调越准确，调准音调后，下列说法正确的是( )
A．拨动其他音调的琴弦，小纸人跳动不明显B．敲击对应音调的音叉，也可以让小纸人跳动明显C．拨动对应音调的琴弦力量越大，小纸人跳动幅度越大D．调弦过程中琴弦的机械能将全部转化为纸人的机械能
解析：小纸人跳动明显，表明小纸人所在弦发生了共振，振幅最大，古琴上对应的琴弦与小纸人所在弦的固有频率相等，而拨动其他音调的琴弦，由于频率与小纸人所在弦的固有频率不相等，没有发生共振，小纸人跳动不明显，A正确；敲击对应音调的音叉，其振动频率等于小纸人所在弦的固有频率，小纸人所在的弦发生共振，纸人跳动明显，B正确；拨动对应音调的琴弦力量越大，对应的能量越大，小纸人跳动幅度越大，C正确；调弦过程中琴弦的振动导致其他弦也发生受迫振动，因此调弦过程中琴弦的机械能只有部分转化为纸人的机械能，D错误。