新教材2025版高中物理第二章機(jī)械振動5.阻尼振動受迫振動學(xué)案教科版選擇性必修第一冊

5．阻尼振動受迫振動課標(biāo)要求1.知道阻尼振動和阻尼振動能量的轉(zhuǎn)化狀況．2．知道什么是受迫振動，駕馭物體做受迫振動的特點(diǎn)．3．知道共振現(xiàn)象，駕馭產(chǎn)生共振的條件，知道常見的共振的應(yīng)用和危害．思維導(dǎo)圖必備學(xué)問·自主學(xué)習(xí)——突出基礎(chǔ)性素養(yǎng)夯基一、阻尼振動1．自由振動系統(tǒng)不受外力作用，只在自身________作用下的振動，稱為自由振動．志向狀況下(即不受任何阻力，沒有任何能量損耗)振幅保持不變，叫作無阻尼振動．自由振動的頻率叫系統(tǒng)的________．[導(dǎo)學(xué)1](1)阻尼振動過程中，由于克服阻力做功，振動系統(tǒng)的機(jī)械能削減，振幅減小．(2)阻尼振動的振幅減小，但周期不變．2．阻尼振動系統(tǒng)在振動過程中受到摩擦及空氣阻力等的作用，振動漸漸________，即振幅漸漸________，振動能量逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌芰浚?．無阻尼振動和阻尼振動的圖像二、受迫振動1．驅(qū)動力假如用周期性的外力作用于振動系統(tǒng)，補(bǔ)償系統(tǒng)的能量損耗，使系統(tǒng)持續(xù)________地振動下去，這種周期性的外力叫作驅(qū)動力．2．受迫振動振動系統(tǒng)在驅(qū)動力作用下的振動．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，與物體的固有頻率無關(guān)．4．共振驅(qū)動力的頻率等于振動物體的固有頻率時，受迫振動的振幅最大，這種現(xiàn)象叫作共振．5.共振曲線如圖表示受迫振動的振幅A與驅(qū)動力頻率f的關(guān)系，其中f0為振動物體的固有頻率．可以看出：當(dāng)驅(qū)動力的頻率f等于振動物體的固有頻率f0時，振幅最大；驅(qū)動力的頻率f跟固有頻率f0相差越大，振幅越小．[導(dǎo)學(xué)2](1)受迫振動的頻率等于驅(qū)動力的頻率，不肯定等于固有頻率．(2)驅(qū)動力的頻率越接近固有頻率，受迫振動的振幅越大；當(dāng)驅(qū)動力的頻率等于固有頻率時，受迫振動的振幅最大，即達(dá)到共振．三、共振的應(yīng)用和防止1．共振的應(yīng)用在須要用共振時，應(yīng)使驅(qū)動力頻率接近或等于振動系統(tǒng)的________，例如，測量機(jī)器轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速計及篩分各種粒度物料的共振篩．2．共振的防止在須要防止共振時，應(yīng)使驅(qū)動力頻率遠(yuǎn)離振動系統(tǒng)的________．如部隊過橋時用便步；火車過橋時減速；輪船航行時變更船的航向與速度；機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時調(diào)整機(jī)器的轉(zhuǎn)速等．關(guān)鍵實(shí)力·合作探究——突出綜合性素養(yǎng)形成探究點(diǎn)一簡諧運(yùn)動與阻尼振動的比較導(dǎo)學(xué)探究把用細(xì)線懸吊的小球拉離平衡位置，放手后小球在豎直面內(nèi)來回?fù)u擺，(1)視察小球搖擺的振幅怎樣變更？這種振動是阻尼振動嗎？(2)測量小球振動的周期變更嗎？歸納總結(jié)1.簡諧運(yùn)動是一種志向化的模型，物體運(yùn)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(shí)際的一種運(yùn)動．3．二者對比列表如下振動類型比較項目簡諧運(yùn)動阻尼振動產(chǎn)生條件不受阻力作用受阻力作用頻率固有頻率頻率不變振幅不變減小振動圖像實(shí)例彈簧振子的振動，單擺做小角度的搖擺敲鑼打鼓發(fā)出的聲音越來越弱典例示范例1(多選)如圖所示是單擺做阻尼振動的振動圖線．下列說法正確的是()A．?dāng)[球在A時刻的動能等于B時刻的動能B．?dāng)[球在A時刻的勢能等于B時刻的勢能C．?dāng)[球在A時刻的機(jī)械能等于B時刻的機(jī)械能D．?dāng)[球在A時刻的機(jī)械能大于B時刻的機(jī)械能歸納總結(jié)阻尼振動的三個特點(diǎn)(1)振幅漸漸減小，最終停止振動．(2)系統(tǒng)的機(jī)械能漸漸削減，最終耗盡．(3)周期、頻率不隨振幅的變更而變更．素養(yǎng)訓(xùn)練1做阻尼運(yùn)動的彈簧振子，它的()A．周期越來越小B．位移越來越小C．振幅越來越小D．機(jī)械能保持不變素養(yǎng)訓(xùn)練2(多選)下列說法正確的是()A．阻尼振動是減幅振動B．實(shí)際的振動系統(tǒng)不行避開地要受到阻尼作用C．阻尼過大時，系統(tǒng)將不能發(fā)生振動D．發(fā)生阻尼振動，振動系統(tǒng)的機(jī)械能不發(fā)生變更探究點(diǎn)二受迫振動和共振導(dǎo)學(xué)探究洗衣機(jī)在衣服脫水完畢關(guān)閉電源后，脫水桶還要轉(zhuǎn)動一會才能停下來．在關(guān)閉電源后，發(fā)覺洗衣機(jī)先振動得比較弱，有一陣子振動得很猛烈，然后振動漸漸減弱直至停下來．(1)起先時，洗衣機(jī)為什么振動比較弱？(2)期間猛烈振動的緣由是什么？歸納總結(jié)1.受迫振動和共振的比較振動類型受迫振動共振受力狀況周期性驅(qū)動力周期性驅(qū)動力振動周期或頻率由驅(qū)動力的周期或頻率確定，即T＝T驅(qū)或f＝f驅(qū)T驅(qū)＝T固或f驅(qū)＝f固振動能量由產(chǎn)生驅(qū)動力的物體供應(yīng)振動物體獲得的能量最大常見例子機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)時底座發(fā)生的振動共振篩、聲音的共鳴等2.對共振曲線(如圖所示)的理解(1)兩坐標(biāo)軸的意義縱軸：受迫振動的振幅．橫軸：驅(qū)動力的頻率．(2)f0的意義：表示固有頻率．(3)相識曲線形態(tài)：f＝f0，共振；f＞f0或f＜f0，振幅較小．f與f0相差越大，振幅越?。?4)結(jié)論：驅(qū)動力的頻率f越接近振動系統(tǒng)的固有頻率f0，受迫振動的振幅越大，反之振幅越?。淅痉独?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(dāng)轉(zhuǎn)速增大時，彈簧振子的振幅增大B．當(dāng)轉(zhuǎn)速減小時，彈簧振子的振幅減小C．當(dāng)振子穩(wěn)定振動時，它的振動周期是0.5sD．當(dāng)振子穩(wěn)定振動時，它的振動頻率是4Hz素養(yǎng)訓(xùn)練3(多選)一個單擺做受迫振動，其共振曲線(振幅A與驅(qū)動力的頻率f的關(guān)系)如圖所示，g取9.8m/s2，則()A．此單擺的固有周期為2sB．此單擺的擺長約為1mC．若擺長增大，單擺的固有頻率增大D．若擺長增大，共振曲線的峰將向右移動素養(yǎng)訓(xùn)練4下表記錄了某受迫振動的振幅隨驅(qū)動力頻率變更的關(guān)系．若該振動系統(tǒng)的固有頻率為f固，則()驅(qū)動力頻率/Hz304050607080受迫振動振幅/cm10.216.827.228.116.58.3A．f固＝60HzB．60Hz<f固<70HzC．50Hz<f固<60HzD．以上三項都不對隨堂演練·自主檢測——突出創(chuàng)新性素養(yǎng)達(dá)標(biāo)1．(多選)下列說法正確的是()A．某物體做自由振動時，其振動頻率與振幅無關(guān)B．某物體做受迫振動時，其振動頻率與固有頻率無關(guān)C．某物體發(fā)生共振時的頻率就是其自由振動的頻率D．某物體發(fā)生共振時的振動就是無阻尼振動2．部隊經(jīng)過橋梁時，規(guī)定不許齊步走，登山運(yùn)動員登雪山時，不許高聲叫喊，其主要緣由是()A．減輕對橋的壓力，避開產(chǎn)生回聲B．削減對橋、雪山的沖量C．避開使橋發(fā)生共振和使雪山發(fā)生共振D．使橋受到的壓力更不勻稱，使登山運(yùn)動員耗散能量削減3．(多選)如圖表示一彈簧振子做受迫振動時的振幅與驅(qū)動力頻率的關(guān)系．由圖可知()A.驅(qū)動力頻率為f2時，振子處于共振狀態(tài)B．驅(qū)動力頻率為f3時，振子的振動頻率為f3C．假如讓振子自由振動，它的頻率為f2D．振子做自由振動時，頻率可以為f1、f2、f34．(多選)如圖所示，在一根張緊的水平繩上懸掛五個擺，其中A、E的擺長為l，B的擺長為0.5l，C的擺長為1.5l，D的擺長為2l.先使A振動起來，其他各擺隨后也振動起來，則擺球振動穩(wěn)定后()A．D的振幅肯定最大B．E的振幅肯定最大C．B的周期肯定最短D．四個擺的周期相同5．阻尼振動受迫振動必備學(xué)問·自主學(xué)習(xí)一、1．回復(fù)力固有頻率2．減弱減小二、1．等幅3．驅(qū)動力三、1．固有頻率2．固有頻率關(guān)鍵實(shí)力·合作探究探究點(diǎn)一【導(dǎo)學(xué)探究】提示：(1)小球的振幅減小，該振動為阻尼振動．(2)小球振動的周期不變．【典例示范】例1解析：【典例示范】例1解析：在單擺振動過程中，因不斷克服空氣阻力做功使機(jī)械能漸漸轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，C項錯誤，D項正確；雖然單擺總的機(jī)械能在漸漸減小，但在振動過程中動能和勢能仍在不斷地相互轉(zhuǎn)化，由于A、B兩時刻，單擺的位移相等，所以勢能相等，但動能不相等，A項錯誤，B項正確．答案：BD素養(yǎng)訓(xùn)練1解析：彈簧振子的周期和頻率是由它本身的性質(zhì)確定的，即使做阻尼振動，周期和頻率也不變，A錯誤；由題意可知，彈簧振子做阻尼運(yùn)動，即振子振動的幅度漸漸減小，但不能說彈簧振子的位移越來越小，B錯誤，C正確；依據(jù)能量守恒定律可知，由于阻力做負(fù)功，所以機(jī)械能越來越小，D錯誤．答案：C素養(yǎng)訓(xùn)練2解析：阻尼振動即振動過程中受到阻力作用的振動，因?yàn)閷?shí)際的運(yùn)動在空氣中要受到空氣的阻力作用，因此不行避開地受到阻尼作用，B正確；由于振幅是振動系統(tǒng)能量大小的標(biāo)記，阻尼振動過程中由于要克服阻力做功，消耗系統(tǒng)的機(jī)械能，因此系統(tǒng)機(jī)械能減小，所以振幅要減小，A正確；當(dāng)阻尼過大時由于合外力可能為零，將不能供應(yīng)回復(fù)力，則振動系統(tǒng)將不能發(fā)生振動，C正確；發(fā)生阻尼振動時，振動系統(tǒng)的機(jī)械能漸漸減小，D錯誤．答案：ABC探究點(diǎn)二【導(dǎo)學(xué)探究】提示：(1)起先時，脫水桶轉(zhuǎn)動的頻率遠(yuǎn)高于洗衣機(jī)的固有頻率，振幅較小，振動比較弱．(2)當(dāng)洗衣機(jī)脫水桶轉(zhuǎn)動的頻率等于洗衣機(jī)的固有頻率時發(fā)生共振，振動猛烈．【典例示范】例2解析：由題意可知振子的固有頻率為f0＝2Hz，以240r/min的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動搖把時驅(qū)動力的頻率為f＝24060＝4Hz>f0，依據(jù)共振曲線特點(diǎn)可知，當(dāng)轉(zhuǎn)速增大時，驅(qū)動力頻率增大，彈簧振子的振幅減?。划?dāng)轉(zhuǎn)速減小時，驅(qū)動力頻率減小，彈簧振子的振幅增大，A、B錯誤；當(dāng)振子穩(wěn)定振動時，其振動頻率等于驅(qū)動力的頻率，即4Hz，周期為T＝1答案：D素養(yǎng)訓(xùn)練3解析：由共振條件知單擺固有頻率為f＝0.5Hz，則其固有周期為T＝1f＝2s，A正確；由單擺周期公式T＝2πl(wèi)g，可求得單擺的擺長為l＝gT2答案：AB素養(yǎng)訓(xùn)練4解析：畫出共振曲線如圖所示，從如圖所示的共振曲線，可推斷出f驅(qū)與f固相差越大，受迫振動的振幅越??；f驅(qū)與f固越接近，受迫振動的振幅越大．并從中看出f驅(qū)越接近f固，振幅的變更越慢．比較各組數(shù)據(jù)知f驅(qū)在50～60Hz范圍內(nèi)時，振幅變更最小，因此，50Hz<f固<60Hz，C正確．答案：C隨堂演練·自主檢測1．解析：物體做自由振動時的頻率與振幅無關(guān)，而做受迫振動時的頻率等于驅(qū)動力的頻率，發(fā)生共振時驅(qū)動力的頻率等于物體的固有頻率．綜上所述，A、B、C正確．答案：ABC2．解析：登山運(yùn)動員登雪山時，不許高聲叫喊，主要緣由是防止聲波傳遞能量，并可能會引起雪山共振，發(fā)生雪崩，C正