新教材高中物理第二章机械振动第6节受迫振动共振课件新人教版选择性必修第一册

第二章

机械振动第6节

受迫振动

共振课标解读课标要求素养要求1.通过实验,认识受迫振动的特点。2.了解产生共振的条件及其应用。1.物理观念:认识受迫振动的特点2科学探究:能说出生产生活中受迫振动的应用实例和利用、防止共振的实例，要点一阻尼振动受迫振动由于实际的振动系统都会受到摩擦力、黏滞力等阻碍作用，振幅必然逐渐减小。这种振幅随时间逐渐减小的振动称为___________①。阻尼振动使周期性的外力作用于振动系统，外力对系统做功，补偿系统的能量损耗，使系统的振动维持下去。这种周期性的外力叫作驱动力，系统在驱动力作用下的振动叫作___________②。受迫振动①（1）实际的弹簧振子的运动是阻尼振动吗？提示实际的弹簧振子在运动中除受弹力外，还受阻力的作用，振幅逐渐减小，因此振子做的是阻尼振动。当阻尼很小时，在不太长时间内看不出振幅有明显的减小，于是就可以把它当作简谐运动来处理。（2）系统做阻尼振动时什么变化？什么不变？提示振幅和振动系统的机械能变化，振动的周期和频率不变。②物体做受迫振动时，振动频率由什么决定？提示振动频率由驱动力的频率决定。做受迫振动的物体，其振动频率总等于驱动力的频率，与物体的固有频率无关。要点二共振当驱动力的频率等于固有频率时，物体做受迫振动的振幅达到最大值，这种现象称为_______③。共振③（1）做受迫振动的物体一定会发生共振吗？提示

不一定。物体做受迫振动时，当驱动力的频率等于固有频率时，才会发生共振，即发生共振的物体一定做受迫振动，做受迫振动的物体不一定发生共振。（2）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，这是为什么？提示

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。

探究点一

阻尼振动与受迫振动1.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。（1）树枝的运动是什么运动？[提示]阻尼振动（2）秋千的摆动是什么运动？[提示]受迫振动振动类型简谐运动阻尼振动受迫振动产生条件不受阻力作用受阻力作用受阻力和驱动力作用频率固有频率固有频率驱动力频率振幅不变减小大小变化不确定振动图像形状不确定实例弹簧振子振动，单摆做小角度摆动敲锣打鼓发出的声音越来越弱，是因振幅越来越小扬声器纸盆振动发声，钟摆的摆动2.简谱运动、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,此顿率称为固有频率,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。例（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AD[解析]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，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，D正确。要点点拨阻尼振动的理解理解阻尼振动要从两个方面入手：一是从振动能量上来讲，由于阻力做功，振动物体的机械能逐渐减小，振幅逐渐变小，但由于振动中动能与势能相互转化，不能说下一时刻的动能（或势能）变小；二是从振动周期、频率上看，周期与频率由振动系统本身决定，阻尼振动中周期、频率不变。1.（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ACD[解析]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。

B

探究点二

共振1.如图所示的实验装置为一挂在曲轴上的弹簧振子，匀速摇动手柄，下面的弹簧振子就会振动起来。实际动手做一下，然后回答以下几个问题。（1）如果手柄不动而用手拉动一下振子，从振幅角度看弹簧振子的振动属于什么振动？[提示]阻尼振动。（2）从没有系统外力作用角度看弹簧振子的振动属于什么振动？[提示]固有振动。（3）匀速摇动手柄时，观察到振幅有什么变化？为什么？[提示]振幅不变，系统外力补偿系统损失的能量。（4）用不同的转速匀速转动手柄，弹簧振子的振动有何不同？这能说明什么问题？[提示]转速大时弹簧振子振动得快。说明弹簧振子振动的周期和频率由手柄转速决定。

3.对共振条件的理解（1）从受力角度看：当振动物体所受驱动力的方向跟它的运动方向相同时，驱动力对它起加速作用，使它的振幅增大，当驱动力的频率等于物体的固有频率时，它的每一次作用都使物体的振幅增加，从而振幅达到最大。（2）从功能关系看：当驱动力的频率等于物体的固有频率时，驱动力始终对物体做正功，使振动能量不断增加，振幅不断增大，直到增加的能量等于克服阻尼作用损耗的能量，振幅才不再增加。例如图所示是一个单摆的共振曲线。（2）若将此摆移到高山上，共振曲线的“峰”将怎样移动？[答案]左移

技巧点拨解答有关共振问题的关键在分析有关共振问题时，要抓住产生共振的条件：驱动力的频率等于振动系统的固有频率时产生共振，此时振动的振幅最大。在解决有关共振的实际问题时，要抽象出受迫振动这一物理模型，弄清驱动力频率和固有频率，然后利用共振的条件进行求解。

B

[解析]因为甲的固有频率等于驱动力的频率，根据受迫振动发生共振的条件可知甲的振幅较大，做受迫振动的物体的频率等于驱动力的频率，故B正确。

ABC

B

评价检测·素养提升

BD[解析]物体在驱动力作用下的振动叫作受迫振动，物体做受迫振动时，振动稳定后的频率等于驱动力的频率，跟物体的固有频率没有关系，驱动力的频率接近物体的固有频率时，受迫振动的振幅增大，所以选项B、D正确，A、C错误。

B4.（多选）将一个电动传感器接到计算机上，就可以测量快速变化的力，用这种方法测得的某单摆摆动时悬线上拉力的大小随时间变化的曲线如图所示。某同学由此图像提供的信息作出的下列判断中，正确的是(

)AC

1.（多选）关于阻尼振动，以下说法中正确的是(

)A.机械能不断减小 B.动能不断减小C.振幅不断减小 D.一定不是简谐运动ACD

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(

)DA.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]当驱动力的频率与物体的固有频率相等时，发生共振，振幅最大，因此要减弱机翼的振动，必须改变机翼的固有频率，D正确。

B

B5.（多选）如图表示一弹簧振子做受迫振动时的振幅与驱动力频率的关系，由图可知(

)

ABC6.脱水机把衣服脱完水后切断电源，电动机还要转一会儿才能停下来，在这一过程中，发现脱水机在某一时刻振动得很剧烈，然后又慢慢振动直至停止运转，其中振动很剧烈的原因是(

)A.脱水机没有放平稳B.电动机在这一时刻转快了C.电动机在这一时刻的转动频率跟脱水机的固有频率相等D.是脱水机出现了故障C[解析]电动机的转动使脱水机做受迫振动。切断电源后，电动机转动的频率是逐渐变化的，当它的频率等于脱水机的固有频率时，发生共振现象，脱水机振动得很剧烈，C正确。7.（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.在振动过程中，通过某一位置时，机械能始终不变D.振动过程中，机械能不守恒BD[解析]因单摆做阻尼振动，根据阻尼振动的定义可知，其振幅越来越小，而单摆振动过程中的周期是其固有周期，是由本身条件决定的，是不变的，故A错误，B正确；因单摆做阻尼振动的过程中，振幅逐渐减小，振动的能量也在减少，即机械能在减少，故C错误，D正确。8.（多选）一砝码和一轻弹簧构成弹簧振子，图甲所示的装置可用于研究该弹簧振子的受迫振动。匀速转动把手时，曲杆给弹簧振子以驱动力，使振子做受迫振动。把手匀速转动的周期就是驱动力的周期，改变把手匀速转动的速度就可以改变驱动力的周期。若保持把手不动，给砝码一向下的初速度，砝码便做简谐运动，振动图线如图乙所示。当把手以某一速度匀速转动，受迫振动达到稳定时，砝码的振动图线如图丙所示。

AC

AD

10.（多选）某弹簧振子，自由振动时的振动图像如图甲中实线所示，而在某驱动力作用下做受迫振动时，稳定后的振动图像如图甲中虚线所示，那么，此受迫振动对应的状态可能是图乙中的（图乙为该弹簧振子的共振曲线）(

)AD

A

[答案]5人

思路导引在分析受迫振动时，首先要弄清驱动力的来源。受迫振动的