第二章機(jī)械運動選擇性必修一?人教版6.受迫振動

共振

人類生活在運動的世界里，機(jī)械運動是最常見的運動，在機(jī)械運動中，振動也很常見。琴弦的振動帶給人們優(yōu)美的音樂，地震則可能給人類帶來巨大的災(zāi)難。本章我們將從最簡單的振動開始，學(xué)習(xí)怎樣描述振動，分析振動的特點。

導(dǎo)入新課“洗”是古代盥洗用的臉盆，多用青銅鑄成，現(xiàn)代亦有許多仿制的工藝品。倒些清水在其中，用手掌慢慢摩擦盆耳，盆就會發(fā)出嗡嗡聲，到一定節(jié)奏時還會濺起層層水花。這是為什么？物理觀念理解阻尼振動和受迫振動的概念，掌握振動中能量轉(zhuǎn)化的規(guī)律，能夠分析共振現(xiàn)象的條件和特征?？茖W(xué)思維通過觀察和分析實驗現(xiàn)象，運用科學(xué)推理和邏輯思維，探究受迫振動的頻率與驅(qū)動力頻率的關(guān)系，理解共振的物理本質(zhì)?？茖W(xué)探究通過分組實驗和討論，設(shè)計并實施探究受迫振動振幅與驅(qū)動力頻率關(guān)系的實驗，培養(yǎng)實驗設(shè)計和數(shù)據(jù)分析能力。科學(xué)態(tài)度與責(zé)任在實驗和討論中，養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，能夠從實驗現(xiàn)象中總結(jié)規(guī)律，理解共振在實際生活中的應(yīng)用與危害，增強(qiáng)科學(xué)責(zé)任感。

學(xué)習(xí)目標(biāo)

重點難點重點受迫振動的振幅與驅(qū)動力頻率之間的關(guān)系，振幅隨驅(qū)動力頻率變化的規(guī)律。難點掌握共振現(xiàn)象的條件和特征，能夠結(jié)合實際生活中的例子，分析共振的應(yīng)用及其潛在危害一、振動中的能量損失

6.受迫振動

共振一、振動中的能量損失自由振動：振動系統(tǒng)在自身結(jié)構(gòu)影響下的振動固有周期(頻率)：由自身結(jié)構(gòu)所決定的周期T0(f0)物體的振動周期與頻率由振動物體本身性質(zhì)決定的，與振幅無關(guān)。

彈簧振子：單擺：一、振動中的能量損失回憶：讓單擺、彈簧振子自由振動，忽略空氣阻力，則單擺，彈簧振子做什么運動？彈簧振子，單擺做簡諧運動，且其周期或頻率與振幅無關(guān)，僅由系統(tǒng)自身的性質(zhì)決定。我們把這種振動稱為固有振動，其振動頻率稱為固有頻率（振動系統(tǒng)不受外力的作用）。

一、振動中的能量損失若振動過程中存在阻力，它的振幅又發(fā)生如何變化呢？阻尼振動：振動系統(tǒng)在阻尼（摩擦或其他阻力）作用下的振幅逐漸減小的振動.生活中的實際的振動一定是阻尼振動一、振動中的能量損失生活中的實際的振動一定有空氣阻力，故是阻尼振動一、振動中的能量損失振動系統(tǒng)受到的阻尼越大，振幅減小得越快，阻尼過大時，系統(tǒng)將不能發(fā)生振動。一、振動中的能量損失討論：阻尼振動中，由于存在阻力，振幅不斷減小，故振動系統(tǒng)的機(jī)械能將不斷減少，那么，振動系統(tǒng)的周期和頻率也會發(fā)生變化嗎？振動周期與振幅無關(guān)，故阻尼振動中周期和頻率不變！TTT一、振動中的能量損失簡諧運動與阻尼振動對比簡諧運動阻尼振動產(chǎn)生條件理想模型，不受阻力受到阻力作用振幅不變減小頻率由系統(tǒng)本身決定頻率不變振動圖像一、振動中的能量損失能力衰減的方式通常有兩種：

①由于振動系統(tǒng)受到摩擦阻力的作用，使振動系統(tǒng)的機(jī)械能逐漸轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。

例如：單擺運動時受到空氣的阻力。

②由于振動系統(tǒng)引起鄰近介質(zhì)中質(zhì)點的振動，使能量向四周輻射出去，從而自身機(jī)械能減少。

例如：音叉發(fā)聲時，一部分機(jī)械能隨聲波輻射到周圍空間。導(dǎo)致音叉振幅減小。一、振動中的能量損失用周期性的外力作用于振動系統(tǒng)，補(bǔ)償系統(tǒng)機(jī)械能的損耗，使系統(tǒng)持續(xù)地振動下去。討論：用什么辦法才能得到持續(xù)的振動呢？二、受迫振動

6.受迫振動

共振二、受迫振動1.驅(qū)動力：周期性作用于振動系統(tǒng)的外力叫做驅(qū)動力。2.受迫振動：系統(tǒng)在驅(qū)動力作用下的振動，叫做受迫振動。3.受迫振動的特點：受迫振動的頻率總等于驅(qū)動力的頻率，與系統(tǒng)的固有頻率無關(guān)。二、受迫振動大量的實驗都證實：物體做受迫振動達(dá)到穩(wěn)定后，物體振動的頻率等于驅(qū)動力的頻率，與物體的固有頻率無關(guān)。二、受迫振動受迫振動的應(yīng)用實例跳板在人走過時發(fā)生的振動機(jī)器底座在機(jī)器運轉(zhuǎn)時發(fā)生的振動聽到聲音時耳膜的振動電磁打點計時器的振針?biāo)龅恼駝诱襻樁?、受迫振動物體做受迫振動的振幅是否也跟它的固有頻率無關(guān)呢?結(jié)論：驅(qū)動力的頻率等于振動物體的固有頻率時，振幅最大；驅(qū)動力的頻率跟固有頻率相差越大，振幅越小。二、受迫振動振動類型比較項目簡諧運動阻尼振動受迫振動產(chǎn)生條件不受阻力作用受阻力作用受阻力和驅(qū)動力作用頻率固有頻率固有頻率驅(qū)動力頻率振幅不變減少大小變化不確定簡諧運動、阻尼振動與受迫振動的區(qū)別二、受迫振動振動類型比較項目簡諧運動阻尼振動受迫振動振動圖象形狀不確定實例彈簧振子振動，單擺做小角度擺動敲鑼打鼓發(fā)出的聲音越來越弱，是因振幅越來越小揚聲器紙盆振動發(fā)聲，鐘擺的擺動三、共振現(xiàn)象及其應(yīng)用

6.受迫振動

共振三、共振現(xiàn)象及其應(yīng)用1、定義：驅(qū)動力的頻率f等于物體的固有頻率f'時，受迫振動的振幅最大，這種現(xiàn)象叫做共振。2、共振曲線3、受迫振動的規(guī)律f=f'時，振幅有最大值；f與f'差別越大時，振幅越小。橫軸：表示驅(qū)動力的頻率縱軸：表示受迫振動的振幅三、共振現(xiàn)象及其應(yīng)用利用共振：應(yīng)使驅(qū)動力的頻率接近或等于振動物體的固有頻率；防止共振：應(yīng)使驅(qū)動力的頻率與物體的固有頻率不同，而且相差越大越好。三、共振現(xiàn)象及其應(yīng)用現(xiàn)象一：唐朝的時候，洛陽某寺一僧人房間的一件樂器磬，經(jīng)常莫名其妙的自動鳴響，這是什么物理原理呢？現(xiàn)象二：登山隊員在登山過程中不能大聲說話，為什么？現(xiàn)象三：各國都規(guī)定大隊人馬過橋，要便步通過，為什么？三、共振現(xiàn)象及其應(yīng)用利用共振：應(yīng)使驅(qū)動力的頻率接近或等于振動物體的固有頻率。共振篩共鳴箱微波爐三、共振現(xiàn)象及其應(yīng)用防止共振：應(yīng)使驅(qū)動力的頻率與物體的固有頻率不同，而且相差越大越好。軍隊過橋便步走，火車過橋慢行滬通長江大橋安裝阻尼器橋梁、碼頭等各種建筑的設(shè)計施工中，以及飛機(jī)、汽車、輪船的發(fā)動機(jī)等機(jī)器設(shè)備的設(shè)計、制造、安裝中，都必須考慮防止共振產(chǎn)生的危害，以保證建筑和設(shè)備的安全。1831年，一隊騎兵通過曼徹斯特附近的一座便橋時，由于馬蹄節(jié)奏整齊，橋梁發(fā)生共振而斷裂。四、課堂總結(jié)

6.受迫振動

共振振動中的能量損失受迫振動在驅(qū)動力作用下的振動阻尼振動：振幅逐漸減小振動系統(tǒng)能量衰減方式受迫振動共振現(xiàn)象及其應(yīng)用共振現(xiàn)象共振的應(yīng)用和防止受迫振動共振驅(qū)動力：對振動系統(tǒng)施加的周期性的外力五、練習(xí)與應(yīng)用

6.受迫振動

共振五、練習(xí)與應(yīng)用1.(多選)一單擺做阻尼振動,則在振動過程中()A.振幅越來越小,周期也越來越小B.振幅越來越小,周期不變C.通過某一位置時,單擺的機(jī)械能始終不變D.單擺的機(jī)械能不守恒,周期不變解析

因為單擺做阻尼振動,所以振幅越來越小,機(jī)械能越來越小.振動周期不變.BD五、練習(xí)與應(yīng)用2.下列振動中屬于受迫振動的是（）A．用重錘敲擊一下懸吊著的鐘后，鐘的擺動B．小孩睡在自由擺動的吊床上，小孩隨著吊床一起擺動C．打點計時器接通電源后，振針的振動D．彈簧振子在豎直方向上上下振動解析

A．用重錘敲擊一下懸吊著的鐘后，鐘的擺動是自由振動，A錯誤；B．小孩睡在自由擺動的吊床上，小孩隨著吊床一起擺動是自由振動，B錯誤；C．打點計時器接通電源后，振針的振動是受迫振動，C正確；D．彈簧振子在豎直方向上上下振動是自由振動，D錯誤。故選C。C五、練習(xí)與應(yīng)用3.如圖所示，在一條張緊的繩子上掛幾個擺，其中a、b的擺長相等。當(dāng)a球垂直紙面振動的時候，通過張緊的繩子給b、c、d擺施加驅(qū)動力，使其余各擺做受迫振動。觀察b、c、d擺的振動發(fā)現(xiàn)（）A．b擺的擺角最大 B．c擺的周期最小C．d擺的頻率最小 D．b、c、d的擺角相同A五、練習(xí)與應(yīng)用解析

AD．由擺擺動從而帶動其它3個單擺做受迫振動，b、c、d的振動為受迫振動，在受迫振動中，當(dāng)固有頻率等于驅(qū)動力頻率時，出現(xiàn)共振現(xiàn)象，振幅達(dá)到最大，由于擺的固有頻率與擺的相同，故擺發(fā)生共振，擺角最大，故A正確，D錯誤；BC．由擺擺動從而帶動其它3個單擺做受迫振動，受迫振動的頻率等于驅(qū)動力的頻率，故其它各擺振動周期跟擺相同，頻率也相等，故BC錯誤。故選A。五、練習(xí)與應(yīng)用4.如圖所示,曲軸上懸掛一彈簧振子,轉(zhuǎn)動搖把,曲軸可以帶動彈簧振子上下振動.開始時不轉(zhuǎn)動搖把,讓彈簧振子上下自由振動,測得振動頻率為2Hz,然后勻速轉(zhuǎn)動搖把,轉(zhuǎn)速為240r/min,當(dāng)彈簧振子振動穩(wěn)定后,它的振動周期為()

C六、提升訓(xùn)練

6.受迫振動

共振六、提升訓(xùn)練1.(多選)為了提高松樹上松果的采摘率和工作效率,工程技術(shù)人員利用松果的慣性發(fā)明了用打擊桿、振動器使松果落下的兩種裝置,如圖甲、乙所示,則(

)

甲乙AD六、提升訓(xùn)練A.針對不同樹木,落果效果最好的振動頻率可能不同B.隨著振動器頻率的增加,樹干振動的幅度一定增大C.打擊桿對不同粗細(xì)樹干打擊結(jié)束后,樹干的振動頻率相同D.穩(wěn)定后,不同粗細(xì)樹干的振動頻率始終與振動器的振動頻率相同六、提升訓(xùn)練解析

當(dāng)振動器的頻率等于樹木的固有頻率時產(chǎn)生共振,此時樹干振動幅度最大,落果效果最好,但不同樹木的固有頻率可能不同,故落果效果最好的振動頻率可能不同,選項A正確,選項B錯誤;打擊桿對不同粗細(xì)樹干打擊結(jié)束后,樹干的振動頻率為其固有頻率,故振動頻率不一定相同,選項C錯誤;樹干在振動器的振動下做受迫振動,穩(wěn)定后,不同粗細(xì)樹干的振動頻率始終與振動器的振動頻率相同,選項D正確.六、提升訓(xùn)練2.(多選)如圖所示,把甲、乙兩個彈簧振子懸掛在同一支架上,已知甲彈簧振子的固有頻率為9Hz,乙彈簧振子的固有頻率為72Hz,當(dāng)支架受到豎直方向且頻率為9Hz的驅(qū)動力作用做受迫振動時,兩個彈簧振子的振動情況是()A.甲的振幅較大B.甲的振動頻率為9Hz

C.乙的振幅較大D.甲、乙兩振子的振幅、頻率均相等AB六、提升訓(xùn)練解析

由題知甲彈簧振子的固有頻率等于驅(qū)動力的頻率,甲彈簧振子發(fā)生共振,所以甲的振幅達(dá)到最大.物體做受迫振動達(dá)到穩(wěn)定后,物體的振動頻率為驅(qū)動力的頻率.選項A、B正確.六、提升訓(xùn)練3.(多選)鋪設(shè)鐵軌時,每兩根鋼軌接縫處都必須留有一