15-06受迫振动、共振-2023-2024学年高二物理精编动态课件（人教版2019选择性必修第一册）

06.受迫振动、共振 “龙洗” 一.固有振动 1.固有振动：没有外力干预情 况下的振动称为固有振动 振动的周期叫固有周期 振动的频率叫固有频率 注意：固有振动的周期或频率 与振幅无关 二.阻尼振动 问题：倘若振动系统受到外力作用，它将如何运动？例如摆动的秋千、弹簧振子、单摆能一直振动下去吗？ 答：不会，实际的振动系统都会受到摩擦力、黏滞力等阻碍作用，振幅会逐渐减小，有些转化为内能：比如单摆，有些是能量向外传递出去，比如音叉。 二.阻尼振动 1.阻尼振动：振幅随时间逐渐减小的振动称为阻尼振动（振动中受到阻尼的作用） 2.振动图像：如下图 注意：阻尼振动周期频率不变，因为周期与振幅无关。 三.受迫振动 问题：阻尼振动会停下来，那如何才能让振动一直持续下去呢？ 答：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。 1.受迫振动：系统在驱动力作用下的振动叫作受迫振动。 2.驱动力：作用在振动物体上的周期性外力 例如：机器运转时底座发生的振动、扬声器纸盆的振动，都是受迫振动。 问题1：受迫振动的频率与什么因素有关呢？ 3.受迫振动的频率：实验表明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。 问题2：受迫振动的振幅与什么因素有关呢？ 4.受迫振动的振幅：做受迫振动时，驱动力的频率与物体的固有频率相差越小，受迫振动的振幅越大；当驱动力的频率与物体的固有频率相等时，受迫振动的振幅达到最大。 横轴：表示驱动力的频率 纵轴：表示受迫振动的振幅 图象的意义： f驱＝ f固，振幅最大 f驱、 f固相差越大，振幅越小 三.共振 1.共振：当驱动力的频率等于固有频率时，物体做受迫振动的振幅达到最大值，这种现象称为共振。 三.共振 2.声音的共振叫共鸣： 声音的共振 三.共振 共鸣箱：用在乐器上 三.共振 3.生活中的共振现象 ①.有一农场农妇，习惯于用吹笛的方式招呼丈夫回家吃饭，可当她有一次吹笛时，居然发现树上的毛毛虫纷纷坠地而死，惊讶之余，她到自己的果园吹了几个小时，一下子将果树上的毛毛虫收拾的一干二净，究其原因，还是笛子发出的声音引起毛毛虫内脏发生剧烈共振而死亡。 ②.洗衣机把衣服脱水完毕切断电源后，电动机由于惯性还要转一会儿才能停下来，在这个过程中，洗衣机的振动剧烈程度有变化，其中有一阵子最剧烈，试分析这一现象。 三.共振 3.生活中的共振现象 ③.微波炉加热原理： 食物中水分子的振动频率约为2500MHz ，具有大致相同频率的电磁波称为 “微波” 。微波炉加热食品时，炉内产生很强的振荡电磁场，使食物中的水分子作受迫振动，发生共振，将电磁辐射能转化为内能，从而使食物的温度迅速升高。微波加热是对物体内部的整体 加热，极大地提高了加热 效率。 三.共振 3.生活中的共振现象 ④.1940 年11月7日美国 Tocama 悬索桥因风共振而坍塌 20200505虎门大桥共振 14 三.共振 3.生活中的共振现象 ⑤.1831年，一队骑兵通过曼彻斯特附近的一座便桥时，由于马蹄节奏整齐，桥梁发生共振而断裂。 步队过桥共振致桥梁断裂 4. 共振的应用与防止 利用共振时，应使驱动力的频率接近或等于振动物体的固有频率； 弦乐器中的共鸣箱、无线电中的电谐振，加热用的微波炉，医院核磁共振，超声波碎石机，工业上的共振筛，女高音唱歌使玻璃杯振动而碎裂。 防止共振时，应使驱动力的频率与物体的固有频率不同，而且相差越大越好。 军队过桥时要便步走，火车过桥时要放慢速度，机器运转时为了防止共振要调节转速或者在振动物体底座加防振垫，装修剧场、房屋时使用吸声材料等 例1.如图所示演示装置，一根张紧的水平绳上挂着四个单摆，让b摆摆动，其余各摆也摆动起来，可以发现（ ） A.各摆摆动的周期均与b摆相同 B.a摆摆动周期最短 C.c摆摆动周期最长 D.c摆振幅最大 A 例2.如图所示是一个单摆的共振曲线，求： （1）单摆的摆长L（g取9.8m/s2） （2）若摆长减小，共振曲线的峰将怎样移动？为什么？ 例3.汽车的车身是装在弹簧上的，如果这个系统的固有周期是0.5s，汽车在一条起伏不平的路上行驶，路上各凸起处大约都是相隔8m，汽车以多大速度行驶时，车身上下颠簸得最剧烈？ 例4. 如图所示，是用来测量各种发动机转速的转速计原理图。在同一铁支架MN上焊有固有频率依次为80Hz、60Hz、40Hz、20Hz的四个钢片a、b、c、d。将M端与正在转动的电动机接触，发现b钢片振幅最大，则电动机转速为_________r/min，a、b、c、d此时振动频率为___________。 3600 60Hz 例5.把一个筛子用四根弹簧支撑起来，筛子上装一个电动偏心轮，它每转一周，给筛子一个驱动力