新教材2025版高中物理第二章機械振動6.受迫振動共振學(xué)生用書新人教版選擇性必修第一冊

6.受迫振動共振新課程標準核心素養(yǎng)目標1.通過試驗，相識受迫振動的特點2．了解產(chǎn)生共振的條件及其應(yīng)用物理觀念知道什么是固有振動和固有頻率，知道什么是阻尼振動，什么是驅(qū)動力，什么是受迫振動，初步形成共振的概念科學(xué)思維了解阻尼振動中的能量轉(zhuǎn)化，知道受迫振動的頻率等于驅(qū)動力的頻率，能依據(jù)共振曲線探討共振科學(xué)探究通過試驗探討受迫振動的頻率，通過試驗探究共振現(xiàn)象的產(chǎn)生條件及其特點科學(xué)看法與責(zé)任通過試驗探究受迫振動及共振，培育學(xué)生的團隊協(xié)作意識及實事求是的科學(xué)精神，通過理解共振的應(yīng)用與防止，培育學(xué)生學(xué)以致用的意識與實力必備學(xué)問·自主學(xué)習(xí)——突出基礎(chǔ)性素養(yǎng)夯基一、振動中的能量損失1.固有振動：沒有外力干預(yù)的狀況下的振動，周期或頻率與振幅________，僅由________自身的性質(zhì)確定，我們把這種振動稱為固有振動，其振動頻率稱為________．2．阻尼振動(1)定義：振幅隨時間漸漸________的振動稱為阻尼振動，其振動圖像如圖所示．(2)能量衰減的兩種方式①由于振動系統(tǒng)受到摩擦________的作用，使振動系統(tǒng)的機械能漸漸轉(zhuǎn)化為________．②由于振動系統(tǒng)引起鄰近介質(zhì)中各質(zhì)點的振動，使能量向四周________出去，從而自身機械能削減．二、受迫振動1．驅(qū)動力：周期性的________作用于振動系統(tǒng)，外力對系統(tǒng)做功，補償系統(tǒng)的________損耗，使系統(tǒng)的振動維持下去．這種________的外力叫作驅(qū)動力．2．受迫振動：系統(tǒng)在________作用下的振動叫作受迫振動．3．受迫振動的頻率：做受迫振動的物體振動穩(wěn)定后，其振動頻率等于________的頻率，與物體的________無關(guān)．三、共振現(xiàn)象及其應(yīng)用1．共振：當驅(qū)動力的頻率等于________時，物體做受迫振動的振幅達到________值，這種現(xiàn)象稱為共振．2．條件：驅(qū)動力頻率________物體的固有頻率．3.受迫振動振幅與驅(qū)動力頻率的關(guān)系4．共振的應(yīng)用與防止(1)應(yīng)用：①共振破裂機②音叉共鳴箱③電磁波接收中的電諧振(2)防止：在橋梁、碼頭等各種建筑的設(shè)計施工中，以及飛機、汽車、輪船的發(fā)動機等機器設(shè)備的設(shè)計、制造、安裝中，都必需考慮防止共振產(chǎn)生的危害，以保證建筑和設(shè)備的平安．【思索辨析】推斷正誤，正確的畫“√”，錯誤的畫“×”．(1)固有頻率由系統(tǒng)本身確定．()(2)阻尼振動的頻率不斷減?。?)(3)阻尼振動的振幅不斷減?。?)(4)受迫振動的頻率等于振動系統(tǒng)的固有頻率．()(5)生活中應(yīng)盡量使驅(qū)動力的頻率接近振動系統(tǒng)的固有頻率．()(6)驅(qū)動力的頻率等于系統(tǒng)的固有頻率時，發(fā)生共振現(xiàn)象．()情境思索：生活中會見到陣風(fēng)吹過樹枝，使樹枝左右搖擺，一會兒樹枝就會停下來，而蕩秋千的小摯友在一旁大人的不斷推動下不停地搖擺．(1)樹枝的運動是什么運動？(2)秋千的搖擺是什么運動？提示：(1)阻尼振動(2)受迫振動關(guān)鍵實力·合作探究——突出綜合性素養(yǎng)形成探究點一阻尼振動與受迫振動探究總結(jié)1.相識三種振動(1)簡諧運動是一種志向化模型，物體運動過程中的一切阻力都不考慮．(2)阻尼振動考慮阻力的影響，是更實際的一種運動．(3)受迫振動是物體做阻尼振動時受到周期性驅(qū)動力作用下的振動．2．簡諧運動、阻尼振動與受迫振動的比較振動類型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小大小變化不確定振動圖像形態(tài)不確定實例彈簧振子振動，單擺做小角度搖擺敲鑼打鼓發(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，鐘擺的搖擺典例示范例1[2024·陜西銅川一中高二上期中](多選)如圖所示，曲軸上掛一個彈簧振子，轉(zhuǎn)動搖把，曲軸可帶動彈簧振子上下振動．起先時不轉(zhuǎn)動搖把，讓振子自由振動，測得其頻率為2Hz.現(xiàn)勻速轉(zhuǎn)動搖把，轉(zhuǎn)速為240r/min.則()A．當振子穩(wěn)定振動時，它的振動周期是0.5sB．當振子穩(wěn)定振動時，它的振動頻率是4HzC．當轉(zhuǎn)速增大時，彈簧振子的振幅先增大后減小D．當轉(zhuǎn)速減小時，彈簧振子的振幅先增大后減小課堂筆記針對訓(xùn)練1如圖所示，擺球質(zhì)量相同的四個擺的擺長分別為L1＝2m，L2＝1.5m，L3＝1m，L4＝0.5m，懸于同一根繃緊的橫線上，用一周期為2s的驅(qū)動力作用在橫線上，使它們做受迫振動，穩(wěn)定時()A．擺1的周期最長B．擺2的振幅最大C．擺3的振幅最大D．四個擺的周期不同，但振幅相等針對訓(xùn)練2(多選)如圖所示是單擺做阻尼振動的振動圖線，下列說法中正確的是()A．擺球A時刻的動能等于B時刻的動能B．擺球A時刻的勢能等于B時刻的勢能C．擺球A時刻的機械能等于C時刻的機械能D．擺球B時刻的機械能大于C時刻的機械能探究點二共振探究總結(jié)1.共振的條件：驅(qū)動力的頻率等于系統(tǒng)的固有頻率．2．共振現(xiàn)象的特點：發(fā)生共振時，振動物體的振幅最大．如圖所示，由共振曲線可知，當驅(qū)動力的頻率與物體的固有頻率相等時，受迫振動的振幅最大；驅(qū)動力的頻率跟固有頻率相差越大，振幅越小．3．共振的防止與應(yīng)用(1)防止時，應(yīng)盡量使驅(qū)動力的頻率和物體的固有頻率不相等，而且相差越大越好．(2)應(yīng)用時，應(yīng)盡量使驅(qū)動力的頻率與物體的固有頻率一樣．典例示范例2(多選)如圖甲所示，豎直圓盤轉(zhuǎn)動時，可帶動固定在圓盤上的T形支架在豎直方向振動，T形支架的下面系著一個彈簧和小球，共同組成一個振動系統(tǒng)．當圓盤靜止時，小球可穩(wěn)定振動．現(xiàn)使圓盤以4s的周期勻速轉(zhuǎn)動，經(jīng)過一段時間后，小球振動達到穩(wěn)定．變更圓盤勻速轉(zhuǎn)動的周期，其共振曲線(振幅A與驅(qū)動力的頻率f的關(guān)系)如圖乙所示，則()A.此振動系統(tǒng)的固有頻率約為0.25HzB．此振動系統(tǒng)的固有頻率約為3HzC．若圓盤勻速轉(zhuǎn)動的周期增大，系統(tǒng)振動的固有頻率不變D．若圓盤勻速轉(zhuǎn)動的周期增大，共振曲線的“峰”將向右移動課堂筆記思維方法分析共振問題的方法(1)在分析解答有關(guān)共振問題時，要抓住產(chǎn)生共振的條件：驅(qū)動力的頻率等于振動系統(tǒng)的固有頻率時，振動的振幅最大．(2)利用與防止共振問題：利用共振時要使物體所受驅(qū)動力的頻率等于或接近物體的固有頻率；防止共振時，要使驅(qū)動力頻率遠離物體的固有頻率．針對訓(xùn)練3(多選)如圖所示為單擺在兩次受迫振動中的共振曲線，下列說法正確的是()A．若兩次受迫振動分別在月球上和地球上進行，且擺長相同，則圖線Ⅰ表示月球上單擺的共振曲線B．若兩次受迫振動是在地球上同一地點進行，則兩次擺長之比l1∶l2＝25∶4C．圖線Ⅱ若是在地球上完成的，則該擺擺長約為1mD．若擺長均為1m，則圖線Ⅰ是在地球上完成的學(xué)科素養(yǎng)提升?生活中的共振現(xiàn)象素養(yǎng)訓(xùn)練1.[蜘蛛感知昆蟲“落網(wǎng)”](多選)蜘蛛會依據(jù)絲網(wǎng)的振動狀況感知是否有昆蟲“落網(wǎng)”，若絲網(wǎng)的固有頻率為200Hz，下列說法正確的是()A.“落網(wǎng)”昆蟲翅膀振動的頻率越大，絲網(wǎng)的振幅越大B.當“落網(wǎng)”昆蟲翅膀振動的頻率低于200Hz時，絲網(wǎng)不振動C.當“落網(wǎng)”昆蟲翅膀振動的周期為0.005s時，絲網(wǎng)的振幅最大D.昆蟲“落網(wǎng)”時，絲網(wǎng)振動的頻率由“落網(wǎng)”昆蟲翅膀振動的頻率確定2．[汽車過減速帶]為了交通平安，常在馬路上設(shè)置如圖所示的減速帶，減速帶使路面略微拱起以達到使車輛減速的目的．假如某路面上的一排減速帶的間距為1.5m，一輛固有頻率為2Hz的汽車勻速駛過這排減速帶，下列說法正確的是()A.當汽車以5m/s的速度行駛時，其振動頻率為2HzB.當汽車以5m/s的速度行駛時，其振動頻率為0.3HzC.當汽車以3m/s的速度行駛時顛簸最厲害D.汽車速度越大，顛簸越厲害3．[共振篩](多選)把一個篩子用四根彈簧支撐起來，篩子上裝一個電動偏心輪，它每轉(zhuǎn)一周，給篩子一個驅(qū)動力，這就做成了一個共振篩，如圖甲所示．該共振篩的共振曲線如圖乙所示，已知增大電壓，可使偏心輪轉(zhuǎn)速提高，增大篩子質(zhì)量，可增大篩子的固有周期．現(xiàn)在，在某電壓下電動偏心輪的轉(zhuǎn)速是42r/min.為了使篩子的振幅增大，下列說法正確的是()A．提高輸入電壓B．降低輸入電壓C.增大篩子質(zhì)量D．減小篩子質(zhì)量課堂檢測·素養(yǎng)提升——突出創(chuàng)新性素養(yǎng)達標1.(多選)關(guān)于阻尼振動，以下說法中正確的是()A．機械能不斷減小B．動能不斷減小C．振幅不斷減小D．肯定不是簡諧運動2．在飛機的發(fā)展史中有一個階段，飛機上天后不久，飛機的機翼很快就抖動起來，而且越抖越厲害，后來人們經(jīng)過了艱苦地探究，利用在飛機機翼前緣處裝置一個配重桿的方法，解決了這一問題．在飛機機翼前裝置配重桿的主要目的是()A．加大飛機的慣性B．使機體更加平衡C．使機翼更加堅固D．變更機翼的固有頻率3．脫水機把衣服脫完水后切斷電源，電動機還要轉(zhuǎn)一會兒才能停下來，在這一過程中，發(fā)覺脫水機在某一時刻振動得很猛烈，然后又漸漸振動直至停止運轉(zhuǎn)，其中振動很猛烈的緣由是()A．脫水機沒有放平穩(wěn)B．電動機在這一時刻轉(zhuǎn)快了C．電動機在這一時刻的轉(zhuǎn)動頻率跟脫水機的固有頻率相等D．是脫水機出現(xiàn)了故障4．A、B兩個單擺，A擺的固有頻率為4f，B擺的固有頻率為f，若讓它們在頻率為5f的驅(qū)動力作用下做受迫振動，則兩單擺比較()A．A擺振幅較大，振動頻率為fB．B擺振幅較大，振動頻率為4fC．A擺振幅較大，振動頻率為5fD．B擺振幅較大，振動頻率為5f6．受迫振動共振必備學(xué)問·自主學(xué)習(xí)一、1．無關(guān)系統(tǒng)固有頻率2．(1)減小(2)阻力內(nèi)能輻射二、1．外力能量周期性2．驅(qū)動力3．驅(qū)動力固有頻率三、1．固有頻率最大2．等于思索辨析答案：(1)√(2)×(3)√(4)×(5)×(6)√關(guān)鍵實力·合作探究探究點一【例1】【解析】A錯，B對：現(xiàn)勻速轉(zhuǎn)動搖把，轉(zhuǎn)速為240r/min，知驅(qū)動力的周期T＝0.25s，則f＝4Hz，知振子穩(wěn)定振動時，它的振動周期為0.25s，振動頻率為4Hz.C錯，D對：當轉(zhuǎn)速從240r/min減小時，驅(qū)動力的頻率減小，等于振子的固有頻率時，發(fā)生共振，故振子的振幅先增大后減小；當轉(zhuǎn)速從240r/min增大時，同理可知，振子的振幅將減小．【答案】BD針對訓(xùn)練1解析：依據(jù)單擺的周期公式T＝2πl(wèi)g可知，將四個單擺的擺長代入公式，分別求得它們的周期約為2.84s、2.45s、2.01s、1.42s，由于四個擺的擺長不同，所以四個擺的固有周期不同，但四個擺振動起來后，驅(qū)動力使得擺做受迫振動，振動的周期都等于2s，所以各擺振動的周期都相等；由于擺3的固有周期與驅(qū)動力的周期最接近，故擺答案：C針對訓(xùn)練2解析：單擺做阻尼振動，因此機械能不斷減小，選項D正確，C錯誤；A、B兩時刻關(guān)于平衡位置對稱，高度相等，重力勢能相同，B正確；因機械能越來越小，所以B時刻動能小于A時刻動能，選項A錯誤．答案：BD探究點二【例2】【解析】A錯，B對：由共振曲線可得，此振動系統(tǒng)的固有頻率約為3Hz.C對，D錯：共振曲線的峰值對應(yīng)振子的固有頻率，它是由振動系統(tǒng)本身的性質(zhì)確定的，與驅(qū)動力的頻率無關(guān)，共振曲線的“峰”不因驅(qū)動力周期的變更而變更．【答案】BC針對訓(xùn)練3解析：圖線中振幅最大處對應(yīng)頻率應(yīng)與做受迫振動的單擺的固有頻率相等，從圖線上可以看出，兩擺的固有頻率f1＝0.2Hz，f2＝0.5Hz依據(jù)周期公式可得f＝1T＝當兩擺分別在月球上和地球上做受迫振動且擺長相等時，g越大，f越大，所以g2>g1，由于月球上的重力加速度比地球上的小，所以圖線Ⅰ表示月球上單擺的共振曲線，選項A正確．若兩次受迫振動是在地球上同一地點進行，則g相同，兩次擺長之比l1∶l2＝1f1圖線Ⅱ若是在地球上完成的，將g＝9.8m/s2和f2＝0.5Hz代入頻率的計算公式可解得l2＝1m，所以選項C正確．D錯誤．答案：ABC學(xué)科素養(yǎng)提升素養(yǎng)訓(xùn)練1．解析：依據(jù)共振的條件可知，當驅(qū)動力的頻率越接近系統(tǒng)的固有頻率時，系統(tǒng)的振幅越大，A錯誤；當“落網(wǎng)”昆蟲翅膀振動的頻率低于200Hz時，絲網(wǎng)仍舊振動，B錯誤；當“落網(wǎng)”昆蟲翅膀振動的周期為0.005s時，其頻率f＝1T＝1答案：CD2．解析：A、B錯：當汽車以5m/s的速度行駛時，振動的驅(qū)動力的周期T＝Lv＝1.5s5＝0.3s，受迫振動的周期等于驅(qū)動力的周期，故振動周期為0.3s，振動頻率f＝1T≈3.3Hz.C對，D錯：由T＝1f可知汽車的固有周期為T0＝12s，則汽車的速度為v答案：C3．解析：依據(jù)題意，在某電壓下，電動偏心輪的轉(zhuǎn)速是42r/min，所以驅(qū)動力的頻率為0.7Hz；篩子的固有頻率f0＝0.8Hz>f；由于驅(qū)動力的頻率小于篩子的固有頻率，所以要使振幅變大，要增大驅(qū)動力的頻率，或減小篩子的固有頻率(即增大固有周期)，可以提高偏心輪的電壓或增大篩子的質(zhì)量．答案：AC課堂檢測·素養(yǎng)提升1．解析：阻尼振動是振幅不斷減小的振動，故阻尼振動肯定不是簡諧運動，而振幅是振動能量的標記，故阻尼振動中機械能不斷減小，但動