高中物理教科版 (2019)选择性必修 第一册阻尼振动受迫振动多媒体教学ppt课件

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情境导学 “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.出现这些现象的原因是什么呢？
1 阻尼振动 （1）定义 振动逐渐减弱，即振幅逐渐变小，振动能量逐步转变为其他能量的振动叫作阻尼振动.
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（2）图像 当振动系统受到阻力的作用时，即振动受到了阻尼时，系统克服阻尼的作用要做功，消耗机械能，因而振幅不断减小（简谐运动的振幅由能量确定.），最后停下来.其振动图像如图2-5-1所示.
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2 自由振动 （1）定义 系统不受外力作用，只在自身回复力作用下的振动，称为自由振动.
（2）图像 当振动系统无阻尼振动时，即在理想情况下，不受任何阻力，没有任何能量损耗，振幅保持不变，其振动图像如图2-5-2所示.
3 系统的固有频率
（1）定义 自由振动的频率，叫作系统的固有频率. （2）特点 固有频率由系统本身的特征决定.【注意】物体做阻尼振动时，振幅虽不断减小，但振动的频率并不会随振幅的减小而变化.
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例1-1 （多选）一单摆在空气中振动，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.通过某一位置时，机械能始终不变D.机械能不守恒，周期不变
【解析】单摆在空气中振动，受阻力作用做阻尼振动，单摆振幅越来越小，而振动过程中的周期是其固有周期，是由单摆本身性质决定的，是不变的，故A错误，B正确；阻尼振动过程中，振幅逐渐减小，振动的能量也在逐渐减少，即机械能在逐渐减少，所以C错误，D正确.
点评阻尼振动的三个特点：（1）振幅不断减小；（2）机械能逐渐减小，机械能不守恒；（3）阻尼振动的周期（或频率）保持不变.
1.弹簧振子在空气中做阻尼振动，下列说法正确的是( )
A.振子位移逐渐减小B.振动周期逐渐减小C.振子动能逐渐减小D.振动系统的能量逐渐减小
【解析】弹簧振子在空气中做阻尼振动，振幅不断减小，但位移在不断变化，不能说振子位移逐渐减小，故A错误；弹簧振子的振幅减小，但阻尼振动的周期不变，故B错误；振子动能在不断变化，从最大位移处运动到平衡位置的过程中动能在增大，故C错误；弹簧振子在振动过程中要不断克服空气阻力做功，消耗能量，所以振动系统的能量逐渐减小，故D正确.
1 驱动力 如果用周期性的外力作用于振动系统，补偿系统的能量损耗，使系统持续等幅地振动下去，这种周期性的外力叫作驱动力. 2 受迫振动 系统在驱动力作用下的振动叫作受迫振动. 3 受迫振动的周期和频率 物体做受迫振动时，振动稳定后的频率跟物体的固有频率没有关系，而是等于驱动力的频率.
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例2-2 下列振动中属于受迫振动（有周期性的外力作用.）的是 ( )
A.用重锤敲击一下悬吊着的钟后，钟的振动B.电磁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，随吊床一起摆动D.不受外力的弹簧振子在竖直方向上沿上下方向振动
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3 共振的应用与防止
深度理解 对共振现象的两点说明 1.从受力角度来看：驱动力的频率跟物体的固有频率越接近，使物体振幅增大的力的作用时间就越长，振幅就越大. 2.从功能关系来看：当驱动力的频率越接近物体的固有频率时，驱动力对物体做正功越多，振幅就越大.
知识点4 各种振动的比较
3.物体做受迫振动，一开始驱动力的频率小于物体的固有频率，则在驱动力的频率逐渐增大的过程中，物体的振幅将( )
A.增大B.减小C.先增大后减小D.先减小后增大
题型1 对受迫振动的理解
A.充电线上离手机充电口近的点先振动B.手机振动的频率越大，充电线抖动的幅度越大C.充电线做的振动是受迫振动D.同一手机，更换不同长度的充电线，充电线振动时的频率不同
信息提取析题意
【解析】 .
利用受迫振动的特点解答问题的两个要点1.要弄清驱动力的来源，受迫振动的周期和频率由驱动力的周期和频率决定，与振动物体自身的固有周期和固有频率无关.2.受迫振动的振幅大小与驱动力的周期和频率有关.驱动力的频率与振动物体的固有频率越接近，受迫振动的振幅就越大，当两者相等时，振动物体做受迫振动时的振幅最大；两者相差越大，振动物体做受迫振动时的振幅就越小.
题型2 共振曲线的应用
例6 一悬挂于天花板上的单摆的共振曲线如图2-5-8，由图可知：
思路点拨单摆共振时，振幅最大，此时驱动力的频率等于单摆的固有频率.
1.弄清坐标轴含义如图2-5-9所示，横轴表示驱动力的频率，纵轴表示做受迫振动物体的振幅.
2.共振曲线特点共振曲线直观地反映出驱动力的频率对做受迫振动物体的振幅的影响，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.
考向 考查共振现象发生的条件及应用
例7 （浙江选考科目试题，多选）为了提高松树上松果的采摘率和工作效率，工程技术人员利用松果的惯性发明了用打击杆、振动器使松果落下的两种装置，如图2-5-11甲、乙所示.则( )
A.针对不同树木，落果效果最好的振动频率可能不同B.随着振动器频率的增加，树干振动的幅度一定增大C.打击杆对不同粗细树干打击结束后，树干的振动频率相同D.稳定后，不同粗细树干的振动频率始终与振动器的振动频率相同
本题以提高松树上松果的采摘率和工作效率为情境，考查了发生共振的条件及其应用，考查考生应用所学物理知识解决实际问题的能力.
【解析】根据共振发生的条件，当振动器的频率等于树木的固有频率时发生共振，此时落果效果最好，而不同的树木的固有频率不同，针对不同树木，落果效果最好的振动频率可能不同，故A正确；当振动器的振动频率等于树木的固有频率时发生共振，此时树干的振幅最大，则随着振动器频率的增加，树干振动的幅度不一定增大，故B错误；打击杆对不同粗细树干打击结束后，树干的振动频率为其固有频率，不同粗细的树干的固有频率是不同的，故C错误；树干在振动器的振动下做受迫振动，则稳定后，不同粗细树干的振动频率始终与振动器的振动频率相同，故D正确.
习题课丨学业质量测评
1.关于机械振动，下列说法正确的是( )
A.阻尼振动可能是简谐运动B.阻尼振动的周期越来越小C.物体做受迫振动达到稳定状态时，振动频率等于驱动力频率D.只要驱动力频率超过物体的固有频率，就会发生共振现象
【解析】阻尼振动是振幅不断减小的振动，而振幅是振动能量的标志，所以阻尼振动中机械能也不断减小，阻尼振动一定不是简谐运动，但阻尼振动的周期是不变的，选项A、B错误；根据受迫振动的特点可知，物体做受迫振动达到稳定状态时，振动频率等于外界驱动力频率，选项C正确；只有驱动力频率等于物体的固有频率时，才会发生共振现象，选项D错误.
2.新生活实际（2025·浙江衢州期中）2024年9月16日，台风“贝碧嘉”登陆上海，安装在上海中心大厦125层的千吨“上海慧眼”阻尼器开始晃动.这款阻尼器由我国自主研发，在大厦受到风力作用摇晃时，阻尼器会摆向大厦晃动的反方向，从而削弱大厦的晃动幅度.下列说法正确的是( )
A.阻尼器的振动频率取决于自身的固有频率B.阻尼器做受迫振动，其振动频率与大楼的振动频率相同C.阻尼器摆动幅度受风力大小影响，风力越大，摆动幅度越大D.安装阻尼器能起到减震作用，其原理是阻尼器能改变大厦的固有频率，从而杜绝共振现象
3.新生活实际 洗衣机的脱水桶正常工作时非常平稳，当切断电源后，发现洗衣机机壳先是振动越来越剧烈，然后振动逐渐减弱，下列说法不正确的是( )
A.切断电源后，洗衣机机壳做的是受迫振动B.正常工作时，洗衣机脱水桶运转的频率比洗衣机机壳的固有频率大C.正常工作时，洗衣机脱水桶运转的频率比洗衣机机壳的固有频率小D.当洗衣机机壳振动最剧烈时，脱水桶的运转频率恰好等于洗衣机机壳的固有频率
【解析】切断电源后，洗衣机机壳在脱水桶的驱动下振动，属于受迫振动，故A正确；当洗衣机脱水桶正常工作时，未发生共振，在切断电源后，脱水桶运转的频率减小，发生了共振，说明正常工作时洗衣机脱水桶运转的频率比洗衣机机壳的固有频率大，故B正确，C错误；当振动最剧烈时，洗衣机机壳发生了共振，此时脱水桶运转的频率等于洗衣机机壳的固有频率，故D正确.
A.提高输入电压B.降低输入电压C.减小筛子质量D.增大筛子质量
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A.使用者用力越大,飞力士棒振动越快B.随着手振动的频率增大，飞力士棒振动的频率不变C.随着手振动的频率增大，飞力士棒振动的幅度一定变大D.双手驱动该飞力士棒每分钟完成270次全振动，会产生共振
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9.新学习探索情境（多选）一钩码和一轻弹簧构成弹簧振子，可用如图甲所示的装置研究该弹簧振子的受迫振动.匀速转动把手时，曲杆给弹簧振子一驱动力，使振子做受迫振动.若保持把手不动，给钩码一向下的初速度，钩码便做简谐运动，振动图像如图乙所示.当把手以某一速度匀速转动，振子做受迫振动达到稳定时，钩码的振动图像如图丙所示.下列说法正确的是( )