2.6 受迫振动 共振 课件 -2021-2022学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

第二章 机械振动 2.6 受迫振动 共振 问题： “洗”是古代盥洗用的脸盆，多用青 铜铸成，现代亦有许多仿制的工艺品。倒些清水在其中，用手掌慢慢摩擦盆耳，盆就会发出嗡嗡声，到一定节奏时还会溅起层层水花。这是为什么？ ？ 通过对弹簧振子及单摆的研究，我们知道弹簧振子与单摆在没有外力干预的情况下做简谐运动，周期或频率与振幅无关，仅由系统自身的性质决定，我们把这种振动称为固有振动，其振动频率称为固有频率。倘若振动系统受到外力作用，它将如何运动？ 荡秋千 这个摆动有外力干预还是没有外力干预？ 受到空气阻力干预，秋千最终会停下来？ 生活中，摇曳的树叶会停下来，摆动的秋千也会停止运动。由于实际的振动系统都会受到摩擦力、黏滞力等阻碍作用，振幅必然逐渐减小。这种振幅随时间逐渐减小的振动称为阻尼振动，其振动图像如图2.6-1 所示 一、振动中的能量损失 一、振动中的能量损失 注意： 阻尼振动的振幅是逐渐减小的，但是它的频率是不发生变化的，频率与振幅是无关的。 物体做阻尼振动时频率不变。固有频率、固有周期 在实际问题中，阻尼振动若在一段不太长的时间内振幅没有明显的减小，可认为是等幅振动． 阻尼振动和无阻尼振动的比较 振动类型比较项目 阻尼振动 无阻尼振动 产生条件 受到阻力作用 不受阻力作用或受到阻力作用，但外界补充能量 振幅 如果没有能量补充，物体的振幅会越来越小 　 振幅不变 振动图像 实例 用锤敲锣，敲击一下后的振动 钟摆的振动 一、振动中的能量损失 空气中的弹簧振子和单摆，由于受到空气阻力的作用，做振幅逐渐减小的运动叫做阻尼振动．而钟摆能保持振幅不变，原因是定时补充能量的结果． 振动系统能量衰减的方式通常有两种。一种是由于振动系统受到摩擦阻力的作用，使振动系统的机械能逐渐转化为内能。例如单摆运动时受到空气的阻力。 一、振动中的能量损失 另一种是由于振动系统引起邻近介质中各质点的振动，使能量向四周 辐射出去，从而自身机械能减少。例如音叉发声时，一部分机械能随声波辐射到周围空间，导致音叉振幅减小 看前面25秒 二、 受迫振动 荡秋千 如果是这样呢？摆动会停下来吗？ 可产生持续的振动 阻尼振动最终要停下来，那么怎样才能产生持续的振动呢？ 最简单的办法是使周期性的外力作用于振动系统，外力对系统做功，补偿系统的能量损耗，使系统的振动维持下去。 二、 受迫振动 这种周期性的外力叫作驱动力，系统在驱动力作用下的振动叫作受迫振动 机器运转时底座发生的振动、动圈式话筒纸盆的振动，都是受迫振动 再如：跳板在人走过时发生的振动，听到声音时耳膜的振动， 电磁打点计时器的振针所做的振动, 这些振动都是受迫振动 三、 研究受迫振动的频率 做一做： 如图，架子上面的电动机向下面的两组弹簧— 钩码系统施加周期性的驱动力，使钩码做受迫振动。改变电动机的转速可以调整驱动力的频率。接通电源，使钩码做受迫振动，记录驱动力的频率和钩码振动的频率。改变驱动力的频率，再做记录。钩码做受迫振动的频率与驱动力的频率有什么关系？ 研究受迫振动的频率 三、 研究受迫振动的频率 做一做： 大量的实验都证实：物体做受迫振动达到稳定后，物体振动的频率等于驱动力的频率，与物体的固有频率无关 看25秒后的视频 三、 研究受迫振动的频率 在周期性驱动力作用下的受迫振动，其振动的频率等于驱动力的频率，与物体的固有频率无关 那它的振幅是否也跟它的固有频率无关呢？ 四、共振现象及其应用 如图 2.6-3，铁架横梁上挂着几个摆长不同的摆。其中，A 与 D、G 的摆长相同，D 的摆球质量大于其他摆球。使 D 摆偏离平衡位置后释放，D 摆在振动中通过横梁对其他几个摆施加周期性的驱动力。在振动稳定后比较各球的振幅 四、共振现象及其应用 做一做： 演示共振现象 四、共振现象及其应用 做一做： 通过观察会发现，受迫振动中，驱动力的频率接近物体的固有频率时，受迫振动的振幅增大驱动力的频率跟固有频率相差越大，振幅越小。 四、共振现象及其应用 共振 ：驱动力的频率等于振动物体的固有频率时，物体振幅最大；这种现象叫做共振 1.条件——驱动力频率等于物体固有频率 2.特征——受迫振动振幅最大 四、共振现象及其应用 共振的应用 ①测量发动机转速的转速计 发动机的转速计原理图 四、共振现象及其应用 把一些不同长度的钢片安装在同一个支架上，可以制作转速计。把这样的转速计与开动着的机器紧密接触，机器的振动引起转速计的轻微振动，这时固有频率与机器转速一致的那个钢片发生共振，振幅最大。读出这个钢片的固有频率，就可以知道机器的转速 共振的应用： 四、共振现象及其应用 ②共振筛 四、共振现象及其应用 共振的防止： 有的情况下需要避免共振。例如，