高中物理《*C 受迫振动共振现象》微课精讲+知识点+教案课件+习题

班班通教学系统 2023-02-12

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知识点：

受迫振动和共振

（1）受迫振动：物体在周期性驱动力作用下的振动，其振动频率和固有频率无关，等于驱动力的频率；受迫振动是等幅振动，振动物体因克服摩擦或其它阻力做功而消耗振动能量刚好由周期性的驱动力做功给予补充，维持其做等幅振动。

（2）共振：① 共振现象：在受迫振动中，驱动力的频率和物体的固有频率相等时，振幅最大，这种现象称为共振。

② 产生共振的条件：驱动力频率等于物体固有频率。

③ 共振的应用：转速计、共振筛。

视频教学：

练习：

1．如图所示，A球振动后，通过水平细绳迫使B、C振动，振动达到稳定时，下列说法中正确的是（　　）

A．只有A、C的振动周期相等

B．C的振幅比B的振幅小

C．C的振幅比B的振幅大

D．B球的固有周期等于A球的固有周期

2．一钩码和一轻弹簧构成弹簧振子，可用如图甲所示的装置研究该弹簧振子的受迫振动。匀速转动把手时，曲杆给弹簧振子以驱动力，使振子做受迫振动。若保持把手不动，给钩码一向下的初速度，钩码便做简谐运动，振动图像如图乙所示当把手以某一速度匀速转动，受迫振动达到稳定时，钩码的振动图像如图丙所示。下列说法正确的是（　　）

A．弹簧振子的固有周期为8s

B．驱动力的周期为4s

C．减小驱动力的周期，弹簧振子的振幅一定减小

D．增大驱动力的周期，弹簧振子的振幅一定减小

3．下列有关振动的说法正确的是（　　）

A．将水平弹簧振子由平衡位置拉伸一定距离释放，释放时偏离平衡位置的位移越大，弹簧振子振动越快

B．摆钟走时快了，增大摆长能使其走时准确

C．物体做简谐运动，其所受合力一定为回复力

D．用声音可以震碎玻璃杯，是因为声音的强度很大

4．下列关于机械振动的说法错误的是（　　）

A．系统做稳定的受迫振动时，系统振动的频率等于周期性驱动力的频率，与系统的固有频率无关

B．弹簧振子做简谐振动时，振动系统的势能与动能之和保持不变

C．在同一地点，单摆做简谐振动的周期的平方与其摆长成正比

D．已知弹簧振子初始时刻的位置、振幅及周期，就可以确定振子在任意时刻的振动情况

5．把一个筛子用四根弹簧支起来，筛子上装一个电动偏心轮，它每转一周，给筛子一个驱动力，这就做成了一个共振筛，如图所示。不开电动机让这个筛子自由振动时，完成20次全振动用15 s，在某电压下，电动偏心轮的转速是50 r/min。已知增大电动偏心轮电压可使其转速提高，而增加筛子的总质量可以增大筛子的固有周期。为使共振筛的振幅增大，以下做法可行的是（　　）

①降低输入电压 ②提高输入电压 ③增加筛子质量 ④减小筛子质量

A．①③ B．①④ C．②③ D．②④

6．如图所示，A球振动后，通过水平细绳迫使B、C振动，下列说法中正确的是（　　）

A．A球、B球、C球的振动周期相等

B．只有A球、C球振动周期相等

C．C球和B球的振幅相等

D．C球的振幅比B球小

7．下列说法中正确的是____

A．一弹簧连接一物体沿水平方向做简谐运动，则该物体做的是匀变速直线运动

B．若单摆的摆长不变，摆球的质量增加为原来的4倍，摆球经过平衡位置时的速度减为原来的，则单摆振动的频率将不变，振幅变小

C．做简谐运动的物体，当它每次经过同一位置时，速度一定相同

D．单摆在周期性的外力作用下做受迫运动，则外力的频率越大,单摆的振幅越大

8．如图所示为单摆在两次受迫振动中的共振曲线，下列说法正确的是（　　）

A．若两次受迫振动分别在月球上和地球上进行，且摆长相等，则图线II是月球上的单摆共振曲线

B．若两次受迫振动均在地球上同一地点进行的，则两次摆长之比为

C．若图线I的摆长约为，则图线I是在地球表面上完成的

D．图线II若是在地球表面上完成的，则该摆摆长约为

二、多选题（共4题）

9．如图所示．曲轴上挂一个弹簧振子，转动摇把，曲轴可带动弹簧振子上、下振动．开始时不转动摇把，让振子自由振动，测得其频率为2Hz．现匀速转动摇把，转速为240r/min．则：（）

A．当振子稳定振动时，它的振动周期是0.5s

B．当振子稳定振动时，它的振动频率是4Hz

C．当转速增大时，弹簧振子的振幅增大

D．当转速减小时，弹簧振子的振幅增大

10．如图所示为实验室中一单摆的共振曲线，由共振曲线可知(　　)

A．则该单摆的摆长约为1m

B．共振时单摆的振幅为12cm

C．若增大摆球的质量，则单摆的固有频率将增大

D．若增大摆球的质量，则单摆的固有频率将减小

11．如图所示，摆球质量相同的四个摆的摆长分别为、、、，悬于同一根横线上，用一周期为2s的驱动力以垂直于线的方向作用在横线上，使它们做受迫振动，稳定时（）

A．四个摆的周期相同 B．摆1的振幅最大

C．四个摆的周期不同，但振幅相等 D．摆3的振幅最大

12．把一个筛子用四根弹簧支起来，筛子上固定一个电动偏心轮，它每转一周，给筛子一个驱动力，这样就做成了一个共振筛，筛子做自由振动时，完成10次全振动用时．在某电压下，电动偏心轮转速是．已知增大电压可使偏心轮转速提高；增加筛子的质量，可以增大筛子的固有周期．那么要使筛子的振幅增大，下列哪些做法是正确的（）

A．提高输入电压 B．降低输入电压

C．增加筛子质量 D．减小筛子质量

课件：

教案：

一、教材分析

本节由生活中常见的阻尼振动分析入手进而引入受迫振动的概念，然后通过演示实验说明受迫振动的周期与驱动力周期的关系，最后演示实验证明当f_驱＝ｆ_固时，物体做受迫振动的振幅最大，最后引入了共振的概念

二、教学目标

知识与技能

（1）能从能量的观点分析阻尼振动产生的原因

（2）掌握受迫振动的概念。探究受迫振动的频率与驱动力的频率的关系

（3）理解共振的概念及产生条件，知道常见的共振的应用和危害

过程与方法：

通过实验探究受迫振动频率与驱动力频率及共振条件

情感态度与价值观

体会物理与生活的紧密联系，培养热爱生活的情趣

三、教学重点难点

重点：

1.什么是受迫振动.

2.什么是共振及产生共振的条件

难点：

1.物体发生共振决定于驱动力的频率与物体固有频率的关系，与驱动力大小无关.

2.当f_驱＝ｆ_固时，物体做受迫振动的振幅最大

四、学情分析.

1、教学中应该充分发挥实验的作用，使学生理解物体在做受迫振动时其频率跟驱动力频率的关系，以及受迫振动的频率与物体固有频率接近时，振动的特点.
2．在做共振实验时，也可以用如下的实验代替课本中的实验。即在同一块薄木板上固定许多长度不同，但质地、粗细相同的小木棒，振动其中的一个，观察其他小木棒哪一个振动得最剧烈。
3．注意引导学生多思考一下共振在实际中的应用(如乐器的共鸣箱等)以及避免共振的做法，培养学生理论联系实际的能力和习惯。

五、教学方法

实验、讨论

六、课前准备

弹簧振子、受迫振动演示仪、摆的共振演示器

七、课时安排

1课时

八、教学过程

（一）预习检查、总结疑惑

（二）情景引入、展示目标

现场演示弹簧振子的运动，提出问题：弹簧振子为什么会停下来而不一直运动下去？那么如何才能让它永不停息的运动呢？

（三）合作探究、精讲点播

学生带着上述问题阅读课本内容。（给予学生2-3分钟时间）

现在以弹簧振子为例讨论一下简谐运动的能量问题。

在任何一位置上，动能和势能之和保持不变，都等于开始振动时的弹性势能，也就是系统的总机械能。

由于简谐运动中总机械能守恒，所以简谐运动中振幅不变。如果初始点与O点的距离越大，到O点时，振子的动能越大，则系统所具有的机械能越大。相应地，振子的振幅也就越大，因此简谐运动的振幅与能量相对应。

问：怎样才能使受阻力的振动物体的振幅不变，而一直振动下去呢？引导学生答出，应不断地向系统补充损耗的机械能，以使振动物体的振幅不变。

指出：这种振幅不变的振动叫等幅振动。

举几个等幅振动的例子，例如电铃响的时候，铃锤是做等幅振动。电磁打点计时器工作时，打点针是做等幅振动。挂钟的摆是做等幅振动。它们的共同特点是，工作时振动物体不断地受到周期性变化外力的作用。

这种周期性变化的外力叫驱动力。

在驱动力作用下物体的振动叫受迫振动。

再让学生举几个受迫振动的例子，例如内燃机气缸中活塞的运动，缝纫机针头的运动，扬声器纸盆的运动，电话耳机中膜片的运动等都是受迫振动。

问：受迫振动的频率跟什么有关呢？

让学生注意观察演示如图。用不同的转速匀速地转动把手，可以发现，开始振子的运动情况比较复杂，但达到稳定后，振子的运动就比较稳定，可以明显地观察到受迫振动的周期等于驱动力的周期。这样就可以得到物体做受迫振动的频率等于驱动力的频率，而跟振子的固有频率无关。

问：受迫振动的振幅又跟什么有关呢？

演示摆的共振装置如图，在一根绷紧的绳上挂几个单摆，其中A、B、G球的摆长相等。当使A摆动起来后，A球的振动通过张紧的绳给其余各摆施加周期性的驱动力，经一段时间后，它们都会振动起来。驱动力的频率等于A摆的频率。实验发现，在A摆多次摆动后，各球都将以A球的频率振动起来，但振幅不同，固有频率与驱动力频率相等的B、G球的振幅最大，而频率与驱动力频率相差最大的D、E球的振幅最小。