物理人教版（2019）选择性必修第一册2.6受迫振动（共35张ppt）
文档属性
| 名称 | 物理人教版（2019）选择性必修第一册2.6受迫振动（共35张ppt） |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 135.3MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2024-09-25 08:07:46 | ||
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文档简介
(共35张PPT)
第二单元 机械振动
2.6 受迫振动
1物理观念：
知道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科学思维：
通过生活生产实际现象，归纳出阻尼振动和受迫振动。会观察、分析，并推理论证判断阻尼振动。利用受迫振动分析生活生产和交通中的共振现象的利用和防止。
3科学探究：
尝试用科学探究的方法研究物理问题：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。
4科学态度与责任：
具有学习和研究物理的好奇心与求知欲，形成探索自然的内在动力，严谨认真、实事求是和持之以恒的科学态度。培养将物理实验成果服务社会生产生活的应用意识。
核 心 素 养
一、驱动问题
视频一中：老师将一定量的水倒入“鱼洗”中，然后洗净手，来回搓动鱼耳，激发出大量细碎的水花。
视频二中：老师将摆长不同的小球依次从左到右排列，然后用挡板将小球推到同一高度由静止同时释放，不同颜色小球开始摆动，后面它们的摆动千变万化，姿态万千。这两个有趣的现象看似没有关联，实际上物理本质一样，你知道为什么吗？
点击播放视频一：鱼洗水花
点击播放视频二：珠戏游龙
二、阻尼振动——振动中的能量损失
复习回顾
物体的振动周期与频率由振动物体本身性质决定的，与振幅无关。
如：弹簧振子：
单 摆：
自由振动
二、阻尼振动——振动中的能量损失
思考与讨论：
1.阻尼振动最终要停下来，这是为什么呢？
2.通过刚才的视频，你认为摆动的周期也发生变化了吗？
点击播放视频
（一)固有频率和固有周期
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？
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？
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。
我们把这种振动系统不受外力的作用的振动称为固有振动，其振动频率称为固有频率(f0)，振动的周期程为固有周期（T0）。
弹簧振子，单摆做简谐运动。
倘若振动系统受到外力作用，它将如何运动？
二、阻尼振动——振动中的能量损失
二、阻尼振动——振动中的能量损失
想一想：
为什么在没有外力作用秋千会停止摆动；树枝也停止晃动？
秋千
风吹树叶
鸟落枝丫
（二)阻尼振动
（二)阻尼振动
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。
二、阻尼振动——振动中的能量损失
特点：当系统受到阻力的作用时，我们说振动受到了阻尼。
（1）条件：受到阻力
（2）能量：机械能转化为内能
（3）图象：振幅逐渐减小
二、阻尼振动——振动中的能量损失
定义：振幅逐渐减小的振动，叫阻尼振动。
二、阻尼振动——振动中的能量损失
（二)阻尼振动
1.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？
2.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？
3.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。
例1、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，频率不变
BD
二、阻尼振动——振动中的能量损失
例2.如图所示为单摆做阻尼振动时的振动图线，下列说法正确的是（ ）
A.摆球在A时刻的动能等于在B时刻的动能
B.摆球在A时刻的势能等于在B时刻的势能
C.摆球在A时刻的机械能等于在B时刻的机械能
D.摆球在后一时刻的动能总比前一时刻的动能小
B
二、阻尼振动——振动中的能量损失
三、受迫振动
（一）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？
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。
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。
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？
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吗？
二、阻尼振动——振动中的能量损失
点击播放视频
（二）受迫振动频率探究实验
三、受迫振动
（三）受迫振动的应用实例
跳板在人走过时发生的振动
机器底座在机器运转时发生的振动
听到声音时耳膜的振动
电磁打点计时器的振针所做的振动
振针
四、共振现象及其应用
（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
结论：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。
四、共振现象及其应用
（二）共振
共振的定义：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。
共振曲线：
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。
四、共振现象及其应用
在生活生产中，哪些利用了共振或者防止共振危害，原理是什么？
（三）共振的应用
点击播放视频
1..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。
2.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。
（三）共振的应用
四、共振现象及其应用
四、共振现象及其应用
（四）共振的危害
点击播放视频
四、共振现象及其应用
（四）共振的危害
点击播放视频
四、共振现象及其应用
思考与讨论：
1.生活中，开车过减速带时，通常让车减速慢行，为什么？
2.吉他琴弦的声音很小，几乎听不见，但是弦被安装在谐振器体上后，弦乐的声音就会被放大，为什么？
3.洗衣机在停止转动前，会有一小段时间振动特别剧烈，为什么？
四、共振现象及其应用
例3.下列关于共振和防止共振的说法正确的是( )
A. 物体做阻尼振动时，随振幅的减小，频率不断减小
B. 队伍过桥要慢行是为了不产生周期性的驱动力，从而避免产生共振
C. 受迫振动频率由驱动力和物体结构特点共同决定
D. 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；防止共振危害时，应使驱动力的频率远离振动物体的固有频率
D
课堂小结
课堂反馈
C
1．对于阻尼振动，下列说法不正确的是（ ）
A．阻尼振动就是减幅振动，其振动的能量不断减少
B．实际的振动系统不可避免地要受到阻尼作用
C．阻尼振动的振幅、振动能量、振动周期逐渐减小
D．对做阻尼振动的振子来说，其机械能逐渐转化为内能
课堂反馈
【答案】C
【详解】A．物体做阻尼振动时，因克服阻尼做功机械能逐渐减少，振幅随之减小，故A正确；
B．实际振动系统不可避免要受到摩擦或空气阻力等阻尼作用，故B正确；
C．物体做阻尼振动时，因克服阻力做功，机械能逐渐减少，振幅随之减小，频率并不会随振幅的减小而变化，故C错误；
D．物体做阻尼振动时，因克服阻力做功机械能逐渐减少，转化为内能，故D正确；故选C。
课堂反馈
2．两个弹簧振子，甲的固有频率为f，乙的固有频率为8f，若它们均在频率为9f的驱动力作用下做受迫振动，则（ ）
A．振子甲的振幅较大，振动频率为f
B．振子乙的振幅较大，振动频率为9f
C．振子甲的振幅较大，振动频率为9f
D．振子乙的振幅较大，振动频率为8f
B
课堂反馈
【答案】B
【详解】由题可知，甲乙都受迫振动，它们的频率等于驱动力的频率9f，乙的固有频率为8f，与驱动力频率9f较近，振幅最大，故B正确，ACD错误。故选B。
课堂反馈
3．金庸的小说里“狮子吼”是一门用声音给敌人造成巨大伤害的功夫，网络游戏中也将“狮子吼”设为物理攻击，某电影主人公一声“狮子吼”可将桌上的杯子震碎。用手指轻弹同样的杯子，杯子发出清脆的声音，测得声音频率为500Hz。结合所学知识推断电影中主人公发出的“狮子吼”的攻击原理及声波的特点，下列说法可能的是（ ）
A．他发出的“狮子吼”频率应该远大于500Hz
B．他发出的“狮子吼”频率应该远小于500Hz
C．他发出的“狮子吼”频率应该接近500Hz
D．“狮子吼”的音量一定很大
C
课堂反馈
【答案】C
【详解】当物体发生共振时，物体做受迫振动的振幅最大，甚至可能造成物体解体，故用“狮子吼”将杯子震碎是共振现象，而发生共振的条件是驱动力的频率等于物体的固有频率，由题可知，杯子的固有频率为500Hz，故“狮子吼”频率一定接近500Hz，只需要适当的音量即可震碎杯子。
故选C。
课堂反馈
4．铺设铁轨时，每两根钢轨接缝处都必须留有一定的间隙，匀速运行的列车经过轨端接缝处时，车轮就会受到一次冲击。由于每一根钢轨长度相等，所以这个冲击力是周期性的，列车受到周期性的冲击做受迫振动。每根钢轨长为12.6m，列车固有振动周期为0.315s。下列说法不正确的是（ ）
A．列车的危险速率为40m/s
B．列车过桥需要减速，是为了防止桥梁发生共振现象
C．列车运行的振动频率和列车的固有频率总是相等的
D．增加钢轨的长度有利于列车高速运行
C
课堂反馈
课堂反馈
5．如图所示，曲轴上挂一个弹簧振子，转动摇把，曲轴可带动弹簧振子上下振动。开始时不转动摇把，让振子自由振动，测得其频率为2 Hz。现匀速转动摇把，转速为240 r/min。则（ ）
A．当振子稳定振动时，它的振动周期是0.5 s
B．当振子稳定振动时，它的振动频率是4 Hz
C．当转速增大时，弹簧振子的振幅增大
D．当摇把转动的频率减小到接近弹簧振子的频率时，弹簧振子的振幅增大
E．弹簧振子的振幅与转速有关
BDE
课堂反馈
本课时结束
感谢观看！
第二单元 机械振动
2.6 受迫振动
1物理观念：
知道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科学思维：
通过生活生产实际现象，归纳出阻尼振动和受迫振动。会观察、分析，并推理论证判断阻尼振动。利用受迫振动分析生活生产和交通中的共振现象的利用和防止。
3科学探究：
尝试用科学探究的方法研究物理问题：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。
4科学态度与责任：
具有学习和研究物理的好奇心与求知欲，形成探索自然的内在动力，严谨认真、实事求是和持之以恒的科学态度。培养将物理实验成果服务社会生产生活的应用意识。
核 心 素 养
一、驱动问题
视频一中：老师将一定量的水倒入“鱼洗”中，然后洗净手，来回搓动鱼耳，激发出大量细碎的水花。
视频二中：老师将摆长不同的小球依次从左到右排列，然后用挡板将小球推到同一高度由静止同时释放，不同颜色小球开始摆动，后面它们的摆动千变万化，姿态万千。这两个有趣的现象看似没有关联，实际上物理本质一样，你知道为什么吗？
点击播放视频一：鱼洗水花
点击播放视频二：珠戏游龙
二、阻尼振动——振动中的能量损失
复习回顾
物体的振动周期与频率由振动物体本身性质决定的，与振幅无关。
如：弹簧振子：
单 摆：
自由振动
二、阻尼振动——振动中的能量损失
思考与讨论：
1.阻尼振动最终要停下来，这是为什么呢？
2.通过刚才的视频，你认为摆动的周期也发生变化了吗？
点击播放视频
（一)固有频率和固有周期
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？
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？
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。
我们把这种振动系统不受外力的作用的振动称为固有振动，其振动频率称为固有频率(f0)，振动的周期程为固有周期（T0）。
弹簧振子，单摆做简谐运动。
倘若振动系统受到外力作用，它将如何运动？
二、阻尼振动——振动中的能量损失
二、阻尼振动——振动中的能量损失
想一想：
为什么在没有外力作用秋千会停止摆动；树枝也停止晃动？
秋千
风吹树叶
鸟落枝丫
（二)阻尼振动
（二)阻尼振动
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。
二、阻尼振动——振动中的能量损失
特点：当系统受到阻力的作用时，我们说振动受到了阻尼。
（1）条件：受到阻力
（2）能量：机械能转化为内能
（3）图象：振幅逐渐减小
二、阻尼振动——振动中的能量损失
定义：振幅逐渐减小的振动，叫阻尼振动。
二、阻尼振动——振动中的能量损失
（二)阻尼振动
1.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？
2.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？
3.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。
例1、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，频率不变
BD
二、阻尼振动——振动中的能量损失
例2.如图所示为单摆做阻尼振动时的振动图线，下列说法正确的是（ ）
A.摆球在A时刻的动能等于在B时刻的动能
B.摆球在A时刻的势能等于在B时刻的势能
C.摆球在A时刻的机械能等于在B时刻的机械能
D.摆球在后一时刻的动能总比前一时刻的动能小
B
二、阻尼振动——振动中的能量损失
三、受迫振动
（一）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？
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。
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。
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？
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吗？
二、阻尼振动——振动中的能量损失
点击播放视频
（二）受迫振动频率探究实验
三、受迫振动
（三）受迫振动的应用实例
跳板在人走过时发生的振动
机器底座在机器运转时发生的振动
听到声音时耳膜的振动
电磁打点计时器的振针所做的振动
振针
四、共振现象及其应用
（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
结论：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。
四、共振现象及其应用
（二）共振
共振的定义：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。
共振曲线：
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。
四、共振现象及其应用
在生活生产中，哪些利用了共振或者防止共振危害，原理是什么？
（三）共振的应用
点击播放视频
1..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。
2.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。
（三）共振的应用
四、共振现象及其应用
四、共振现象及其应用
（四）共振的危害
点击播放视频
四、共振现象及其应用
（四）共振的危害
点击播放视频
四、共振现象及其应用
思考与讨论：
1.生活中，开车过减速带时，通常让车减速慢行，为什么？
2.吉他琴弦的声音很小，几乎听不见，但是弦被安装在谐振器体上后，弦乐的声音就会被放大，为什么？
3.洗衣机在停止转动前，会有一小段时间振动特别剧烈，为什么？
四、共振现象及其应用
例3.下列关于共振和防止共振的说法正确的是( )
A. 物体做阻尼振动时，随振幅的减小，频率不断减小
B. 队伍过桥要慢行是为了不产生周期性的驱动力，从而避免产生共振
C. 受迫振动频率由驱动力和物体结构特点共同决定
D. 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；防止共振危害时，应使驱动力的频率远离振动物体的固有频率
D
课堂小结
课堂反馈
C
1．对于阻尼振动，下列说法不正确的是（ ）
A．阻尼振动就是减幅振动，其振动的能量不断减少
B．实际的振动系统不可避免地要受到阻尼作用
C．阻尼振动的振幅、振动能量、振动周期逐渐减小
D．对做阻尼振动的振子来说，其机械能逐渐转化为内能
课堂反馈
【答案】C
【详解】A．物体做阻尼振动时，因克服阻尼做功机械能逐渐减少，振幅随之减小，故A正确；
B．实际振动系统不可避免要受到摩擦或空气阻力等阻尼作用，故B正确；
C．物体做阻尼振动时，因克服阻力做功，机械能逐渐减少，振幅随之减小，频率并不会随振幅的减小而变化，故C错误；
D．物体做阻尼振动时，因克服阻力做功机械能逐渐减少，转化为内能，故D正确；故选C。
课堂反馈
2．两个弹簧振子，甲的固有频率为f，乙的固有频率为8f，若它们均在频率为9f的驱动力作用下做受迫振动，则（ ）
A．振子甲的振幅较大，振动频率为f
B．振子乙的振幅较大，振动频率为9f
C．振子甲的振幅较大，振动频率为9f
D．振子乙的振幅较大，振动频率为8f
B
课堂反馈
【答案】B
【详解】由题可知，甲乙都受迫振动，它们的频率等于驱动力的频率9f，乙的固有频率为8f，与驱动力频率9f较近，振幅最大，故B正确，ACD错误。故选B。
课堂反馈
3．金庸的小说里“狮子吼”是一门用声音给敌人造成巨大伤害的功夫，网络游戏中也将“狮子吼”设为物理攻击，某电影主人公一声“狮子吼”可将桌上的杯子震碎。用手指轻弹同样的杯子，杯子发出清脆的声音，测得声音频率为500Hz。结合所学知识推断电影中主人公发出的“狮子吼”的攻击原理及声波的特点，下列说法可能的是（ ）
A．他发出的“狮子吼”频率应该远大于500Hz
B．他发出的“狮子吼”频率应该远小于500Hz
C．他发出的“狮子吼”频率应该接近500Hz
D．“狮子吼”的音量一定很大
C
课堂反馈
【答案】C
【详解】当物体发生共振时，物体做受迫振动的振幅最大，甚至可能造成物体解体，故用“狮子吼”将杯子震碎是共振现象，而发生共振的条件是驱动力的频率等于物体的固有频率，由题可知，杯子的固有频率为500Hz，故“狮子吼”频率一定接近500Hz，只需要适当的音量即可震碎杯子。
故选C。
课堂反馈
4．铺设铁轨时，每两根钢轨接缝处都必须留有一定的间隙，匀速运行的列车经过轨端接缝处时，车轮就会受到一次冲击。由于每一根钢轨长度相等，所以这个冲击力是周期性的，列车受到周期性的冲击做受迫振动。每根钢轨长为12.6m，列车固有振动周期为0.315s。下列说法不正确的是（ ）
A．列车的危险速率为40m/s
B．列车过桥需要减速，是为了防止桥梁发生共振现象
C．列车运行的振动频率和列车的固有频率总是相等的
D．增加钢轨的长度有利于列车高速运行
C
课堂反馈
课堂反馈
5．如图所示，曲轴上挂一个弹簧振子，转动摇把，曲轴可带动弹簧振子上下振动。开始时不转动摇把，让振子自由振动，测得其频率为2 Hz。现匀速转动摇把，转速为240 r/min。则（ ）
A．当振子稳定振动时，它的振动周期是0.5 s
B．当振子稳定振动时，它的振动频率是4 Hz
C．当转速增大时，弹簧振子的振幅增大
D．当摇把转动的频率减小到接近弹簧振子的频率时，弹簧振子的振幅增大
E．弹簧振子的振幅与转速有关
BDE
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本课时结束
感谢观看！