2023-2024学年人教版选择性必修第一册 2-6 受迫振动 共振 学案.docx

6受迫振动共振学习目标1知道什么是固有振动和阻尼振动，会用能量的观点分析阻尼振动的特点。2.知道受迫振动及其产生的条件，会分析受迫振动的特点(重难点)。3.理解共振现象，掌握共振产生的条件，知道常见共振的应用和危害。(重点)一、振动中的能量损失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？知识梳理1 .固有振动和固有频率(1)固有振动：振动系统在的情况下的振动。(2)固有频率：振动的频率。2 .阻尼振动(1)阻尼振动：振动系统受到作用时，随时间逐渐减小的振动，其振动图像如图所示。(2)振动系统能量衰减的两种方式振动系统受到阻力作用，机械能逐渐转化为1振动系统引起邻近介质中各质点的振动，能量向四周辐射出去，从而自身的机械能深化总结1 .阻尼振动的振幅、周期和频率特点物体在做阻尼振动的过程中，振幅逐渐减小，但其周期是由振动系统本身决定，与振幅大小无关，振动过程中周期和频率保持不变。2 .阻尼振动的能量特点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。W11（2023福建省福安市月考）如图是一单摆做阻尼振动的位移一时间图像，比较摆球在M与N时刻的物理量,（EPM代表M点重力势能,EpN代表N点重力势能）以下说法正确的是（）A.速率Om=OnB.受到的拉力尸>尸NC.重力势能EpM>EpwD.机械能Ew<En二、受迫振动在一、探究中，匀速转动手柄从而给弹簧上端一个周期性的上、下外力，几次改变手柄的转速，观察不同转速下振子的振动情况有什么特点？知识梳理1 .驱动力作用于振动系统的的外力。2 .受迫振动（1）定义：系统在作用下的振动。（2）受迫振动的频率（周期）物体做受迫振动达到稳定后，其振动频率总等于的频率，与物体的固有频率深化总结类型项固有振动阻尼振动受迫振动概述振动图像。一/图像）是一条正弦曲线振幅逐渐减小的振动振动系统在驱动力作用下的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不确定振动图像OX1形状不确定振动能量振动物体的机械能不变机械能逐渐减少驱动力对振动系统做功，补偿系统的能量损耗常见例子弹簧振子或单摆敲锣打鼓时发出的声音越来越弱机器运转时底座发生的振动辨析(1)受到阻力作用的振动一定是阻尼振动。()(2)阻尼振动的振幅逐渐减小，机械能逐渐减少。()(3)受迫振动的振幅越来越大。()(4)受迫振动稳定后的频率与振动系统的固有频率无关。()m21如图所示，曲轴上悬挂一弹簧振子，转动摇把，曲轴可以带动弹簧振子上下振动。(1)开始时不转动摇把，而用手往下拉振子，然后放手让振子上下振动，测得振子在IOs内完成20次全振动，不考虑阻力，振子做什么振动？其固有周期和固有频率各是多少？若考虑阻力，振子做什么振动？(2)在振子正常振动过程中，以转速4r/s匀速转动把手,振子的振动稳定后,振子做什么运动？其周期是多少？三、共振现象及其应用1 .定义驱动力的频率Z物体的固有频率A时，物体做受迫振动的振幅达到,这种现象称为共振。2 .共振曲线(如图所示)A受迫振动的振幅驱动力的频率。人质施率)一思考与讨论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。开始时，洗衣机为什么振动比较弱？期间剧烈振动的原因是什么？深化总结1 .共振的条件：驱动力的频率与系统的固有频率相等，即/要=/眼。2 .共振曲线如图所示，共振曲线的横坐标为驱动力的频率，纵坐标为受迫振动的振幅。/=黄时发生共振；f9或RA)时振幅较小。/与儿相差越大，振幅越小。受迫振动的振幅3 .共振的利用与防止(1)利用：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。如共振筛、共振转速计等。(2)防止：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，而且相差越多越好。如：部队行军过桥时应便步走。特别说明：共振是物体做受迫振动时的一种特殊现象。辨析（1）驱动力频率越大，受迫振动的振幅越大。（）（2）做受迫振动的物体一定会发生共振。（）W31如图甲所示，在一条张紧的绳子上挂着a、b、c、d四个摆。当a摆振动的时候，其余各摆在a摆的驱动下也逐步振动起来，不计空气阻力，达到稳定时，b摆的振动图像如图乙所示。下列说法正确的是（）A.稳定时b摆的振幅最大B.稳定时d摆的周期最小C.由图乙可以估算出b摆的摆长D.由图乙可以估算出C摆的摆长【例4】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/的关系）,则（）A.此单摆的固有周期约为2sB.此单摆的摆长约为2mC.若摆长增大，单摆的固有频率增大D.若摆长增大，共振曲线的峰将右移m51（2023江苏南通市高二期中）公路上的减速带用于降低车速。一辆汽车悬架的固有频率为IOHz,驶过某路面上的一排减速带，相邻减速带的间距为2m,则（）A.汽车颠簸的频率始终为IOHzB.汽车速度越大，颠簸得越厉害C.汽车速度越大，汽车悬架的固有频率越大D.当汽车以20m/s的速度行驶时颠簸得最厉害6受迫振动共振学习目标1知道什么是固有振动和阻尼振动，会用能量的观点分析阻尼振动的特点。2.知道受迫振动及其产生的条件，会分析受迫振动的特点(重难点)。3.理解共振现象，掌握共振产生的条件，知道常见共振的应用和危害。(重点)一、振动中的能量损失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？答案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。知识梳理1 .固有振动和固有频率(1)固有振动：振动系统在没有外力干预的情况下的振动。(2)固有频率：固有振动的频率。2 .阻尼振动(1)阻尼振动：振动系统受到阻碍作用时,振幅随时间逐渐减小的振动，其振动图像如图所示。(2)振动系统能量衰减的两种方式振动系统受到屋揍阻力作用，机械能逐渐转化为内能。振动系统引起邻近介质中各质点的振动，能量向四周辐射出去，从而自身的机械能减少。深化总结1 .阻尼振动的振幅、周期和频率特点物体在做阻尼振动的过程中，振幅逐渐减小，但其周期是由振动系统本身决定，与振幅大小无关，振动过程中周期和频率保持不变。2 .阻尼振动的能量特点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。mU（2023福建省福安市月考）如图是一单摆做阻尼振动的位移一时间图像，比较摆球在M与N时刻的物理量,（与M代表M点重力势能,EpN代表N点重力势能）以下说法正确的是（）x/cmo-2-JnJV7；ISA.速率加=加B.受到的拉力尸心网C.重力势能EPM>/vD.机械能Em<En答案B解析由于单摆在运动过程中要克服阻力做功，振幅逐渐减小，摆球的机械能逐渐减少，所以摆球在M点所对应时刻的机械能大于在N点所对应的机械能，摆球的势能是由摆球相对最低点的高度力和接球的质量相共同决定的（EP=Mg力）。单摆摆球的质量是定值，由于M、N两时刻摆球的位移大小相同，故在这两个时刻摆球相对最低点的高度相同，重力势能也相同，但由于M点的机械能大于N点的机械能，所以M点对应时刻的动能大于在N点对应时刻的动能，可得速率0m>9m故A、C、D错误；由于N两时刻摆球的位移大小相同，所以其细线拉力与竖直方向上的夹角J也相等，对单摆受力分析，根据牛顿第二定律"一mgcos。=V2V2“I"，得F=mgcos匚由于VM>VNt所以Fm>Fn,故B正确。二、受迫振动在一、探究中，匀速转动手柄从而给弹簧上端一个周期性的上、下外力，几次改变手柄的转速，观察不同转速下振子的振动情况有什么特点？答案手柄转动的越快，振子上下振动的也越快，手柄不停的转动，振子也将持续的振动。I知识梳理1 .驱动力作用于振动系统的周期性的外力。2 .受迫振动（1）定义：系统在驱动力作用下的振动。（2）受迫振动的频率（周期）物体做受迫振动达到稳定后，其振动频率总等于驱动力的频率,与物体的固有频率无关。深化总结类型项Jx固有振动阻尼振动受迫振动概述振动图像a-f图像）是一条正弦曲线振幅逐渐减小的振动振动系统在驱动力作用下的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不确定振动图像OX形状不确定振动能量振动物体的机械能不变机械能逐渐减少驱动力对振动系统做功，补偿系统的能量损耗常见例子弹簧振子或单摆敲锣打鼓时发出的声音越来越弱机器运转时底座发生的振动辨析（1）受到阻力作用的振动一定是阻尼振动。（X）（2）阻尼振动的振幅逐渐减小，机械能逐渐减少。（）（3）受迫振动的振幅越来越大。（X）（4）受迫振动稳定后的频率与振动系统的固有频率无关。（）m21如图所示，曲轴上悬挂一弹簧振子，转动摇把，曲轴可以带动弹簧振子上下振动。（1）开始时不转动摇把，而用手往下拉振子，然后放手让振子上下振动，测得振子在IOS内完成20次全振动，不考虑阻力，振子做什么振动？其固有周期和固有频率各是多少？若考虑阻力，振子做什么振动？（2）在振子正常振动过程中，以转速4r/s匀速转动把手,振子的振动稳定后,振子做什么运动？其周期是多少？答案（1）固有振动0.5s2Hz阻尼振动（2）受迫振动0.25s解析（1）用手往下拉振子，放手后，因振子所受回复力满足r=一依，所以做固有振动，根据题意7='=第S=O.5s,/团=;=2Hz:若考虑阻力，振子克服阻力做功消耗能量，振nzu1同幅越来越小，故振动为阻尼振动。由于把手转动的转速为4rs,它给弹簧振子的驱动力频率为人=4Hz,周期T4e=O.25s,故振子做受迫振动，振动达到稳定状态后，其频率（或周期）等于驱动力的频率（或周期），而跟固有频率（或固有周期）无关，即f="=4Hz,T=T犯=0.25s。三、共振现象及其应用1 .定义驱动力的频率f等于物体的固有频率力时,物体做受迫振动的振幅达到最大值,这种现象称为共振。2 .共振曲线（如图所示）受迫振动的振幅驱动力的频率。加固有频率）思考与讨论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。开始时，洗衣机为什么振动比较弱？期间剧烈振动的原因是什么？答案（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