2.6 受迫振动 共振 课件-2022-2023学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

“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？ 第二章 机械振动 6、受迫振动 共振 CONTENTS 01 知道阻尼振动和阻尼振动能量的转化情况 02 03 知道共振现象，掌握产生共振的条件，知道常见的共振的应用和危害 04 目标 典例分析 知道什么是受迫振动及其产生条件，掌握物体做受迫振动的特点 3 1、让单摆、弹簧振子自由振动，忽略空气阻力，则单摆，弹簧振子做什么运动？周期公式？周期（频率）特点？ 弹簧振子，单摆做简谐运动， 单摆： 弹簧振子： 思考： 其周期或频率与振幅无关，仅由系统自身的性质决定 我们将振动周期称为固有周期，振动频率称为固有频率 2、现实生活中是否存在简谐运动？若振动过程中存在阻力，它的振幅又发生如何变化呢？ 一、振动中的能量损失 1、阻尼振动：由于实际的振动系统都会受到阻尼（摩擦力、黏滞力等阻力）作用，振幅必然逐渐减少，这种振幅随时间逐渐减小的振动称为阻尼振动。 2.阻尼振动的图像: 振动系统受到的阻尼越大，振幅减小得越快，阻尼过大时，系统将不能发生振动。 思考：阻尼振动中，由于存在阻力，振幅不断减小，故振动系统的机械能将不断减少，那么，振动系统的周期和频率也会发生变化吗？ 振动周期和频率与振幅无关，故阻尼振动中周期和频率不变！ T T T 3、产生阻尼振动的原因： (1)摩擦生热 (2)能量扩散 例如:单摆运动时受到空气的阻力。 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。 简谐运动 阻尼振动 产生条件 理想模型，不受阻力 受到阻力作用 简谐运动与阻尼振动的比较： 振幅 不变 减小 频率 由系统本身决定 频率不变 振动图像 例1.(多选)下列说法中错误的是(　 　) A．阻尼振动的振幅不断减小 B．物体做阻尼振动时，随着振幅的减小，频率也不断减小 C．阻尼振动的振幅逐渐减小，所以周期也逐渐减小 D．阻尼过大时，系统将不能发生振动 答案：BC 例2、一单摆做阻尼振动，则在振动过程中(　　) A．振幅越来越小，周期也越来越小 B．振幅越来越小，周期不变 C．在振动过程中，通过某一位置时，机械能始终不变 D．振动过程中，机械能不守恒，频率不变 BD 11 想一想：用什么办法才能得到持续的振动呢？ 用周期性的外力作用于振动系统，补偿系统机械能的损耗，使系统持续地振动下去。 二、受迫振动 1.自由振动:在没有任何外力干预的情况下，给振动系统一定能量，使它开始振动，这样的振动叫自由振动.即简谐运动 2.驱动力：周期性作用于振动系统的外力叫做驱动力。 3.受迫振动：系统在驱动力作用下的振动，叫做受迫振动。 4.受迫振动的特点：受迫振动的频率总等于驱动力的频率，与系统的固有频率无关。 13 1.开始时不转动摇把，让振子上下自由振动，记录其频率 2.匀速转动摇把，当振子振动稳定时，记录振动频率 3.受迫振动的频率与什么因素有关呢？ (2)受迫振动的频率(周期) 做受迫振动的物体，其振动频率由驱动力频率决定，与系统的固有频率无关． 例3：下列振动中，属于受迫振动的是（ ） A 用重锤敲击一下悬吊着的钟后，钟的振动。 B 打点计时器接通电源后，振针的震动。 C 小孩在自由摆动的吊床上，小孩随着吊床一起摆动。 D 弹簧振子在竖直方向上沿上下方向振动。 B 1.定义：驱动力的频率f 等于物体的固有频率f0时，受迫振动的振幅最大，这种现象叫做共振。 2.条件：f驱= f固 三、共振现象及其应用 横轴：表示驱动力的频率 纵轴：表示受迫振动的振幅 f0， 3.共振曲线： 为固有频率 （1）f驱= f固 时，振幅有最大值； （2）f驱 与 f固差别越大时，振幅越小。 （3）同一振幅对应两个驱动力频率（除最大振幅外） 4.共振理解： 观察与思考：哪个摆球的振幅最大？ 例4.（多选）如图所示,在一根张紧的水平绳上挂几个摆,其中A,E摆长相等；先让A摆振动起来,其他各摆随后也跟着振动起来,则( ) A.其它各摆摆动周期跟A摆相同 B.其它各摆振动振幅大小相同 C.其它各摆振动振幅大小不相同,E摆振幅最大 D.其它各摆振动周期大小不同,D摆周期最大 答案：AC 利用共振：应使驱动力的频率接近或等于振动物体的固有频率； 防止共振：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。 1940年，美国的全长860米的塔柯姆大桥在建成后的4个月就因风共振而倒塌。 5、共振的防止与应用 20 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。 军队过桥便步走,火车