資源簡介

(共35張PPT)
第二單元 機械振動
2.6 受迫振動
1物理觀念：
知道阻尼振動和受迫振動，會用能量觀點分析阻尼振動的振幅變化和受迫振動的共振現象。
2科學思維：
通過生活生產實際現象，歸納出阻尼振動和受迫振動。會觀察、分析，并推理論證判斷阻尼振動。利用受迫振動分析生活生產和交通中的共振現象的利用和防止。
3科學探究：
嘗試用科學探究的方法研究物理問題：通過實驗認識固有頻率、驅動力頻率與振動頻率之間的區別和聯系，了解產生共振的條件，認識共振是受迫振動的一種特殊情況。
4科學態度與責任：
具有學習和研究物理的好奇心與求知欲，形成探索自然的內在動力，嚴謹認真、實事求是和持之以恒的科學態度。培養將物理實驗成果服務社會生產生活的應用意識。
核 心 素 養
一、驅動問題
視頻一中：老師將一定量的水倒入“魚洗”中，然后洗凈手，來回搓動魚耳，激發出大量細碎的水花。
視頻二中：老師將擺長不同的小球依次從左到右排列，然后用擋板將小球推到同一高度由靜止同時釋放，不同顏色小球開始擺動，后面它們的擺動千變萬化，姿態萬千。這兩個有趣的現象看似沒有關聯，實際上物理本質一樣，你知道為什么嗎？
點擊播放視頻一：魚洗水花
點擊播放視頻二：珠戲游龍
二、阻尼振動——振動中的能量損失
復習回顧
物體的振動周期與頻率由振動物體本身性質決定的，與振幅無關。
如：彈簧振子：
單 擺：
自由振動
二、阻尼振動——振動中的能量損失
思考與討論：
1.阻尼振動最終要停下來，這是為什么呢？
2.通過剛才的視頻，你認為擺動的周期也發生變化了嗎？
點擊播放視頻
（一)固有頻率和固有周期
讓單擺、彈簧振子自由振動，如果沒有外力干擾，則單擺、彈簧振子做什么運動？
單擺、彈簧振子做簡諧運動時，其周期或頻率與哪些因素有關？
單擺、彈簧振子周期或頻率與振幅無關，僅由系統自身的性質決定。
我們把這種振動系統不受外力的作用的振動稱為固有振動，其振動頻率稱為固有頻率(f0)，振動的周期程為固有周期（T0）。
彈簧振子，單擺做簡諧運動。
倘若振動系統受到外力作用，它將如何運動？
二、阻尼振動——振動中的能量損失
二、阻尼振動——振動中的能量損失
想一想：
為什么在沒有外力作用秋千會停止擺動；樹枝也停止晃動？
秋千
風吹樹葉
鳥落枝丫
（二)阻尼振動
（二)阻尼振動
實驗：如圖所示的實驗裝置為一掛在曲軸上的彈簧振子，用手將振子向下拉動一下釋放，觀察較長一段時間，你發現振子在振動過程中振幅有什么變化？為什么會出現這種現象？
現象：振子在振動的過程中振幅逐漸減小，因為振子在實際振動過程中受到空氣的阻礙作用，振動的能量逐漸減少。
二、阻尼振動——振動中的能量損失
特點：當系統受到阻力的作用時，我們說振動受到了阻尼。
（1）條件：受到阻力
（2）能量：機械能轉化為內能
（3）圖象：振幅逐漸減小
二、阻尼振動——振動中的能量損失
定義：振幅逐漸減小的振動，叫阻尼振動。
二、阻尼振動——振動中的能量損失
（二)阻尼振動
1.阻尼振動中，由于存在阻力，振幅不斷減小，故振動系統的機械能將不斷減少，那么，振動系統的周期和頻率也會發生變化嗎？
2.振動周期與振幅無關，故阻尼振動中周期和頻率不變！
阻尼振動的能量有什么特點？
3.物體在做阻尼振動的過程中，總機械能逐漸減小，物體位移大小相等時，勢能大小相等，但動能與上一次相比將減小。
例1、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．在振動過程中，通過某一位置時，機械能始終不變
D．振動過程中，機械能不守恒，頻率不變
BD
二、阻尼振動——振動中的能量損失
例2.如圖所示為單擺做阻尼振動時的振動圖線，下列說法正確的是（ ）
A.擺球在A時刻的動能等于在B時刻的動能
B.擺球在A時刻的勢能等于在B時刻的勢能
C.擺球在A時刻的機械能等于在B時刻的機械能
D.擺球在后一時刻的動能總比前一時刻的動能小
B
二、阻尼振動——振動中的能量損失
三、受迫振動
（一）受迫振動
阻尼振動最終要停下來，那么怎樣才能產生持續的振動呢？
最簡單的方法是使周期性的外力作用于振動系統，外力做功，補償系統的能量損失，使系統的振動維持下去。
受迫振動：物體在周期性變化的驅動力作用下的振動叫做受迫振動。
維持受迫振動的周期性外力
受迫振動的頻率與什么因素有關呢？
受迫振動的規律受迫振動穩定時的頻率等于驅動力的頻率，跟系統的固有頻率無關。
你知道受迫振動在生產生活或科學技術有哪些具體應用嗎？
二、阻尼振動——振動中的能量損失
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（二）受迫振動頻率探究實驗
三、受迫振動
（三）受迫振動的應用實例
跳板在人走過時發生的振動
機器底座在機器運轉時發生的振動
聽到聲音時耳膜的振動
電磁打點計時器的振針所做的振動
振針
四、共振現象及其應用
（一）實驗探究受迫振動振幅與固有頻率關系
物體做受迫振動的振幅是否也跟它的固有頻率無關呢
結論：驅動力的頻率等于振動物體的固有頻率時，振幅最大；驅動力的頻率跟固有頻率相差越大，振幅越小。
四、共振現象及其應用
（二）共振
共振的定義：在受迫振動中，驅動力的頻率等于系統的固有頻率時，受迫振動的振幅最大，這種現象叫做共振。
共振曲線：
橫軸：表示驅動力的頻率，縱軸：表示受迫振動的振幅
嘗試描述下特點？
受迫振動的規律： f驅= f固時，振幅有最大值；f驅與 f固差別越大時，振幅越小。
四、共振現象及其應用
在生活生產中，哪些利用了共振或者防止共振危害，原理是什么？
（三）共振的應用
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1..測量機器轉速的轉速計
把一些不同長度的鋼片裝在同一個支架上，可以制成測量機器轉速的轉速計。使轉速計與開動著的機器緊密接觸，機器振動引起轉速計的輕微振動，這時固有頻率與機器運轉頻率相同的那片鋼片發生共振，有較大的振幅。若已知鋼片的固有頻率，就可知道機器的轉速。
2.共振篩
共振篩是利用共振現象制成的把篩子用四根彈簧支起來，在篩架上安裝一個偏心輪，就成了共振篩.偏心輪在發動機的帶動下發生轉動時，適當調節偏心輪的轉速，可以使篩子受到的驅動力的頻率接近篩子的固有頻率，這時篩子發生共振，振幅最大，提高了篩除雜物的效。
（三）共振的應用
四、共振現象及其應用
四、共振現象及其應用
（四）共振的危害
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四、共振現象及其應用
（四）共振的危害
點擊播放視頻
四、共振現象及其應用
思考與討論：
1.生活中，開車過減速帶時，通常讓車減速慢行，為什么？
2.吉他琴弦的聲音很小，幾乎聽不見，但是弦被安裝在諧振器體上后，弦樂的聲音就會被放大，為什么？
3.洗衣機在停止轉動前，會有一小段時間振動特別劇烈，為什么？
四、共振現象及其應用
例3.下列關于共振和防止共振的說法正確的是( )
A. 物體做阻尼振動時，隨振幅的減小，頻率不斷減小
B. 隊伍過橋要慢行是為了不產生周期性的驅動力，從而避免產生共振
C. 受迫振動頻率由驅動力和物體結構特點共同決定
D. 利用共振時，應使驅動力的頻率接近或等于振動物體的固有頻率；防止共振危害時，應使驅動力的頻率遠離振動物體的固有頻率
D
課堂小結
課堂反饋
C
1．對于阻尼振動，下列說法不正確的是（　　）
A．阻尼振動就是減幅振動，其振動的能量不斷減少
B．實際的振動系統不可避免地要受到阻尼作用
C．阻尼振動的振幅、振動能量、振動周期逐漸減小
D．對做阻尼振動的振子來說，其機械能逐漸轉化為內能
課堂反饋
【答案】C
【詳解】A．物體做阻尼振動時，因克服阻尼做功機械能逐漸減少，振幅隨之減小，故A正確；
B．實際振動系統不可避免要受到摩擦或空氣阻力等阻尼作用，故B正確；
C．物體做阻尼振動時，因克服阻力做功，機械能逐漸減少，振幅隨之減小，頻率并不會隨振幅的減小而變化，故C錯誤；
D．物體做阻尼振動時，因克服阻力做功機械能逐漸減少，轉化為內能，故D正確；故選C。
課堂反饋
2．兩個彈簧振子，甲的固有頻率為f，乙的固有頻率為8f，若它們均在頻率為9f的驅動力作用下做受迫振動，則（　　）
A．振子甲的振幅較大，振動頻率為f
B．振子乙的振幅較大，振動頻率為9f
C．振子甲的振幅較大，振動頻率為9f
D．振子乙的振幅較大，振動頻率為8f
B
課堂反饋
【答案】B
【詳解】由題可知，甲乙都受迫振動，它們的頻率等于驅動力的頻率9f，乙的固有頻率為8f，與驅動力頻率9f較近，振幅最大，故B正確，ACD錯誤。故選B。
課堂反饋
3．金庸的小說里“獅子吼”是一門用聲音給敵人造成巨大傷害的功夫，網絡游戲中也將“獅子吼”設為物理攻擊，某電影主人公一聲“獅子吼”可將桌上的杯子震碎。用手指輕彈同樣的杯子，杯子發出清脆的聲音，測得聲音頻率為500Hz。結合所學知識推斷電影中主人公發出的“獅子吼”的攻擊原理及聲波的特點，下列說法可能的是（　　）
A．他發出的“獅子吼”頻率應該遠大于500Hz
B．他發出的“獅子吼”頻率應該遠小于500Hz
C．他發出的“獅子吼”頻率應該接近500Hz
D．“獅子吼”的音量一定很大
C
課堂反饋
【答案】C
【詳解】當物體發生共振時，物體做受迫振動的振幅最大，甚至可能造成物體解體，故用“獅子吼”將杯子震碎是共振現象，而發生共振的條件是驅動力的頻率等于物體的固有頻率，由題可知，杯子的固有頻率為500Hz，故“獅子吼”頻率一定接近500Hz，只需要適當的音量即可震碎杯子。
故選C。
課堂反饋
4．鋪設鐵軌時，每兩根鋼軌接縫處都必須留有一定的間隙，勻速運行的列車經過軌端接縫處時，車輪就會受到一次沖擊。由于每一根鋼軌長度相等，所以這個沖擊力是周期性的，列車受到周期性的沖擊做受迫振動。每根鋼軌長為12.6m，列車固有振動周期為0.315s。下列說法不正確的是（　　）
A．列車的危險速率為40m/s
B．列車過橋需要減速，是為了防止橋梁發生共振現象
C．列車運行的振動頻率和列車的固有頻率總是相等的
D．增加鋼軌的長度有利于列車高速運行
C
課堂反饋
課堂反饋
5．如圖所示，曲軸上掛一個彈簧振子，轉動搖把，曲軸可帶動彈簧振子上下振動。開始時不轉動搖把，讓振子自由振動，測得其頻率為2 Hz。現勻速轉動搖把，轉速為240 r/min。則（　　）
A．當振子穩定振動時，它的振動周期是0.5 s
B．當振子穩定振動時，它的振動頻率是4 Hz
C．當轉速增大時，彈簧振子的振幅增大
D．當搖把轉動的頻率減小到接近彈簧振子的頻率時，彈簧振子的振幅增大
E．彈簧振子的振幅與轉速有關
BDE
課堂反饋
本課時結束
感謝觀看！

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