人教版 (2019)选择性必修 第一册受迫振动共振课堂教学ppt课件

这是一份人教版 (2019)选择性必修 第一册受迫振动共振课堂教学ppt课件，共30页。PPT课件主要包含了导入与思考，学习目标，探究思考，知识点1，振动中的能量损失，阻尼振动图像，深入理解，拓展延伸，阻尼效应，典型例题等内容，欢迎下载使用。
“洗”是古代盥洗用的脸盆，多用青铜铸成，现代亦有许多仿制的工艺品。倒些清水在其中，用手掌慢慢摩擦盆耳，盆就会发出嗡嗡声，到一定节奏时还会溅起层层水花。这是为什么？
知道受迫振动的频率由驱动力的频率决定。
了解阻尼振动、受迫振动、共振的概念。
掌握发生共振的条件，了解共振的防止和利用。
回忆：让单摆、弹簧振子自由振动，忽略空气阻力，则单摆，弹簧振子做什么运动？
弹簧振子，单摆做简谐运动，且其周期或频率与振幅无关，仅由系统自身的性质决定。
弹簧振子：
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）。 
倘若振动系统受到外力作用，它将如何运动？
生活中，摇曳的树叶会停下来，摆动的秋千也会停止运动。
由于实际的振动系统都会受到摩擦力、黏滞力等阻碍作用，振幅必然逐渐减少，这种振幅随时间逐渐减小的振动称为阻尼振动。
振动系统能量衰减的两种方式：
1.一种是由于振动系统受到摩擦阻力的作用，使振动系统的机械能逐渐转化为内能。
例如单摆运动时受到空气的阻力。
2.另一种是由于振动系统引起邻近介质中各质点的振动，使能量向四周辐射出去，从而自身机械能减少。
例如音叉发声时，一部分机械能随声波辐射到周围空间，导致音叉振幅减小。
1、实际的振动一定是阻尼振动。
2、振动系统受到的阻尼越大，振幅减小得越快，阻尼过大时，系统将不能发生振动。
3、阻尼振动的振幅是逐渐减小的，但是它的频率是不发生变化的，频率与振幅是无关的。
例1.（2022·全国·高一课时练习）（多选）如图是单摆做阻尼振动的位移-时间图像，下列说法正确的是（　　）A．阻尼振动是一种受迫振动B．摆球在P与N时刻的势能相等C．摆球在P与N时刻的动能相等D．摆球在P与N时刻的机械能不相等
【答案】BD【详解】A．阻尼振动不是一种受迫振动，故A错误；B．摆球在P与N时刻位移大小相等即摆球所处高度相同，则重力势能相同，故B正确；CD．由于阻力影响，单摆要克服阻力做功，在运动过程中机械能一直减小，故摆球在N时刻的机械能小于在P时刻的机械能，而重力势能相等，则摆球在N时刻的动能小于在P时刻的动能，故C错误，D正确。故选BD。
1　（2022·全国·高三专题练习）如图所示为单摆做阻尼振动的位移x随时间t变化的图像，t1、t2时刻的位移大小均为2cm，t3时刻的位移大于2cm。关于摆球在t1、t2和t3时刻的速度、重力势能、动能、机械能的分析，下列说法正确的是（　　）A．摆球在t1时刻的机械能等于t2时刻的机械能B．摆球在t1时刻的动能等于t2时刻的动能C．摆球在t1时刻的重力势能等于t2时刻的重力势能D．摆球在t3时刻的速度大于t2时刻的速度
【答案】C【详解】C．摆球在t1时刻到最低点的高度等于t2时刻到最低点的高度，所以摆球在t1时刻的重力势能等于t2时刻的重力势能，C正确；B．摆球在t1时刻的速度大于t2时刻的速度，所以摆球在t1时刻的动能大于t2时刻的动能，B错误；A．由于阻力做功，摆球在t1时刻的机械能大于t2时刻的机械能，A错误；D．摆球在t3时刻的速度等于零，t2时刻的速度不等于零，所以摆球在t3时刻的速度小于t2时刻的速度，D错误。故选C。
阻尼振动最终要停下来，那么怎样才能产生持续的振动呢？
产生持续的振动最简单的办法是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。
驱动力：周期性作用于振动系统的外力叫做驱动力。
受迫振动：系统在驱动力作用下的振动，叫做受迫振动。
①跳板在人走过时发生的振动
②机器底座在机器运转时发生的振动
③听到声音时耳膜的振动
④电磁打点计时器的振针所做的振动
受迫振动的频率跟什么有关呢?
实 验 研究受迫振动的频率
如图 ，架子上面的电动机向下面的两组弹簧—钩码系统施加周期性的驱动力，使钩码做受迫振动。改变电动机的转速可以调整驱动力的频率。（1）接通电源，使钩码做受迫振动，观察记录驱动力的频率和钩码振动的频率。（2）改变驱动力的频率，再做记录。
结论： 物体做受迫振动时，振动稳定后的频率等于驱动力的频率，跟物体的固有频率无关。
简谐运动、阻尼振动与受迫振动的比较
注意：(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。　
例2.（2022·全国·高二专题练习）下列振动中属于受迫振动的是（　　）A．用重锤敲击一下悬吊着的钟后，钟的摆动B．小孩睡在自由摆动的吊床上，小孩随着吊床一起摆动C．打点计时器接通电源后，振针的振动D．弹簧振子在竖直方向上上下振动
【答案】C【详解】A．用重锤敲击一下悬吊着的钟后，钟的摆动是自由振动，A错误；B．小孩睡在自由摆动的吊床上，小孩随着吊床一起摆动是自由振动，B错误；C．打点计时器接通电源后，振针的振动是受迫振动，C正确；D．弹簧振子在竖直方向上上下振动是自由振动，D错误。故选C。
2　（2022·全国·高二专题练习）（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．阻尼振动的振幅越来越小C．在外力作用下的振动是受迫振动D．受迫振动稳定后的频率与自身物理条件无关
【答案】ABD【详解】A．实际的自由振动由于都受到阻力，故均为阻尼振动，故A正确；B．阻尼振动的振幅会越来越小，故B正确；C．物体在周期性策动力的作用下的振动是受迫振动，故物体在外力作用下的振动不一定是受迫振动；故C错误；D．受迫振动稳定后的频率取决于驱动力的频率，与自身物理条件无关；故D正确。故选ABD。
物体做受迫振动的振幅是否也跟它的固有频率无关呢?
结论： 受迫振动中，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。
1、定义：驱动力的频率f等于物体的固有频率f'时，受迫振动的振幅最大，这种现象叫做共振。
3、受迫振动的规律 f= f'时，振幅有最大值；f与f'差别越大时，振幅越小。
横轴：表示驱动力的频率纵轴：表示受迫振动的振幅
利用共振：应使驱动力的频率接近或等于振动物体的固有频率。
防止共振：应使驱动力的频率与物体的固有频率不同，而且相差越大越好。
军队过桥便步走，火车过桥慢行
沪通长江大桥安装阻尼器
桥梁、码头等各种建筑的设计施工中，以及飞机、汽车、轮船的发动机等机器设备的设计、制造、安装中，都必须考虑防止共振产生的危害，以保证建筑和设备的安全。
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。
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。　
例3.（2022·全国·高二课时练习）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0.5s B．此单摆的摆长约为1mC．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】A．由共振曲线可知，此单摆的固有频率约为 ，所以，固有周期约为 ，故A错误；B．根据单摆周期公式 ，得 ，故B正确；CD．根据单摆周期公式得，若摆长增大，则单摆的固有周期增大，所以固有频率减小，共振曲线的峰将向左移动，故CD错误。故选B。
3　（2022·福建·福州金山中学高二期中）如图所示，在一条张紧的绳子上挂几个摆，其中a、b的摆长相等。当a球垂直纸面振动的时候，通过张紧的绳子给b、c、d摆施加驱动力，使其余各摆做受迫振动。观察b、c、d摆的振动发现（　　）A．b摆的摆角最大B．c摆的周期最小C．d摆的频率最小D．b、c、d的摆角相同
【答案】A【详解】AD．由摆摆动从而带动其它3个单摆做受迫振动，b、c、d的振动为受迫振动，在受迫振动中，当固有频率等于驱动力频率时，出现共振现象，振幅达到最大，由于摆的固有频率与摆的相同，故摆发生共振，摆角最大，故A正确，D错误；BC．由摆摆动从而带动其它3个单摆做受迫振动，受迫振动的频率等于驱动力的频率，故其它各摆振动周期跟摆相同，频率也相等，故BC错误。故选A。
4　（2022·全国·高二专题练习）（多选）关于共振的防止和利用，应做到（　　）A．利用共振时，应使驱动力的频率接近或等于振动物体的固有频率B．防止共振危害时，应尽量使驱动力频率接近或等于振动物体的固有频率C．利用共振时，应使驱动力的频率大于或小于振动物体的固有频率D．防止共振危害时，应尽量使驱动力频率远离振动物体的固有频率
【答案】AD【详解】AC．受迫振动的频率等于驱动力的频率，所以利用共振时，驱动力的频率接近或等于振动物体的固有频率，A正确，C错误；BD．受迫振动的频率等于驱动力的频率，防止共振危害时，应尽量使驱动力频率远离振动物体的固有频率，B错误，D正确。故选AD。
1.（2022·全国·高三专题练习）（多选）如图所示，某儿童玩具由卡通人物、具有一定质量的弹簧和小球三部分组成，这三部分自上而下紧密连接在一起，手握卡通人物并保持静止，将小球下拉一定距离后由静止释放（弹簧在弹性限度内），可以观察到小球在上下振动过程中其振幅快速减小，依据上述现象，下列说法正确的是（　　）A．小球在运动过程中动能一直在减小B．小球和弹簧组成的系统机械能保持不变C．小球向上运动时，小球的机械能可能减小D．小球每次经过同一位置时，弹簧的机械能都相等
【答案】CD【详解】A．小球在从最低点向平衡位置运动过程中做加速运动，动能增大，故A错误；B．小球在上下振动过程中其振幅快速减小，在做阻尼运动，即小球和弹簧组成的系统受到阻力做功，机械能不守恒，故B错误；C．小球在从平衡位置向最高点运动过程中，弹力和阻力同时对小球做负功，小球的机械能减小，故C正确；D．由于手握卡通人物并保持静止，所以小球每次经过同一位置时，弹簧的形变量都相同，弹性势能都相等，即机械能都相等，故D正确。故选CD。
2.（2022·全国·高二课时练习）下列说法不正确的是（　　）A．受到阻力作用的振动一定是阻尼振动B．阻尼振动的振幅逐渐减小，机械能逐渐减小C．受迫振动的振幅越来越大D．受迫振动稳定后的频率与振动系统的固有频率无关
【答案】AC【详解】A．受到阻力的振动若同时有能量的补充，不一定是阻尼振动，故A错误，符合题意；B．振幅越来越小的振动一定是阻尼振动，阻尼振动振幅逐渐减小，机械能逐渐减小，故B正确，不符合题意；C．当驱动力频率等于物体的固有频率时，物体的振幅最大，不能说受迫振动的振幅越来越大，故C错误，符合题意；D．物体在周期性驱动力作用下做受迫振动，受迫振动的频率等于驱动力的频率，与固有频率无关，故D正确，不符合题意。故选AC。
3.（2022·云南省玉溪第一中学高二期中）下列关于机械振动的说法正确的是( )A．受迫振动稳定后，其振动的周期总等于系统的固有周期B．阻尼振动振幅逐渐减小，同时周期也逐渐减小C．当驱动力的频率等于振动系统的固有频率时，受迫振动的振幅最大D．为避免共振现象发生时，应使驱动力频率接近或等于振动系统的固有频率
【答案】C【详解】受迫振动稳定后，其振动的周期总等于驱动力的周期，选项A错误；阻尼振动振幅逐渐减小，周期不变，选项B错误；当驱动力的频率等于振动系统的固有频率时，产生共振，此时受迫振动的振幅最大，选项C正确；为避免共振现象发生时，应使驱动力频率远离振动系统的固有频率，故D错误．
4.（2022·上海市嘉定区第一中学高二期末）如图甲所示，竖直悬挂的弹簧振子下端装有记录笔，在竖直面内放置记录纸。当振子上下自由振动时，振动频率为10 Hz。现匀速转动把手，给弹簧振子一周期性的驱动力，并以水平向左的速度v=2 m/s匀速拉动记录纸，记录笔在纸上留下记录的痕迹，建立坐标系，测得的数据如图乙所示，则弹簧振子振动的振幅为________，频率为________，若将匀速转动把手的周期改为0.1s，弹簧振子的振幅将________（填“变大”“变小”或“不变”）。
【答案】5cm     2Hz     增大【详解】弹簧振子振动的振幅为5cm； 弹簧振子振动的周期为 ,弹簧振子振动的频率为 ,若将匀速转动把手的周期改为0.1s，其振动频率为10Hz，恰好等于弹簧振子的固有频率，弹簧振子发生共振，振幅最大，所以弹簧振子的振幅将增大。