2.6.1 受迫振动共振 课件 -2024-2025学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

高二物理选择性必修一 2.6《受迫振动共振》 （第1课时） 5月13日，美国摇滚歌手兼歌唱教练杰米 温德拉在湖南岳阳大展“狮吼功”，用高达100分贝以上的咏叹调连续震破三个高脚玻璃杯，并被主办方授予“世界吼王”称号．如图是他“吼”出声音将玻璃杯震碎的情景． 你相信吗？ 如果是真的，你知道是什么原理吗？ 你能够做到吗？ 我们知道，简谐运动是一种理想模型，例如单摆，在理想状态下，只要动能和重力势能的相互转化，永不停息。 但是实际的单摆，例如摆钟，在运行过程中，总会受到各种阻力，最终会停下来。 单摆在运行过程中，实际受到阻力，对它摆动的各个特征物理量中，产生什么样的影响？ 周期： 频率： 振幅： 相位： 思考：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？ 一、振动中的能量损失 1. 固有振动 单摆，弹簧振子做简谐运动，周期或频率与振幅无关，仅由系统自身的性质决定。 （1）固有振动:简谐运动的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。  （2）固有频率:物体固有振动时的频率仅有系统自身的性质决定,称固有频率。 简谐运动的物体受到的回复力，是振动系统内部的相互作用力。如果振动系统不受外力的作用，此时的振动就是固有振动，其振动频率就是固有频率。 例如根据单摆的周期公式计算出的周期与频率 振动系统中最常见的外力是摩擦力或其他阻力（空气阻力）。当系统受到阻力的作用时,我们说振动受到了阻尼。系统克服阻尼的作用要做功,消耗机械能,因而振幅减小,最后停下来。 （2）实际的振动一定是阻尼振动。 （1）阻尼振动:振幅随时间逐渐减小的振动称为阻尼振动。 2.阻尼振动 摇曳的树叶会停下来，摆动的秋千也会停止运动。 思考：阻尼振动中你知道振动系统能量衰减的方式是有哪些吗？ 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。 （3）振动系统能量衰减的两种方式 ①一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。 ②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。 例1：如图所示是单摆做阻尼振动的振动图象，下列说法正确的是（　　） A．摆球A时刻的动能等于B时刻的动能 B．摆球A时刻的势能等于B时刻的势能 C．摆球A时刻的机械能等于B时刻的机械能 D．摆球在做减幅振动中周期没有减小 BD （4）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。 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。 现实生活中的振动几乎都是阻尼振动，原因就在于振动中始终受到空气阻力的作用，系统克服阻力做功，机械能不再守恒，像挂钟不上发条，钟摆就会停下来。那么摆钟上了发条，为什么就可以一直振动下去呢？ 持续振动的获得 实际的振动由于阻尼作用最终要停下来，要维持系统的持续振动，办法是使周期性的外力作用于振动系统，外力对系统做正功，补偿系统的能量损耗． 驱动力：作用在振动系统上的周期性外力 产生持续的振动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.驱动力 对振动系统施加的周期性的外力，这种周期性的外力叫作驱动力。 2.受迫振动：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、扬声器纸盆的振动，都是受迫振动。 二、受迫振动 如图 ，摇动弹簧—钩码系统施加周期性的驱动力，使钩码做受迫振动。探究受迫振动的条件： 思考：物体做受迫振动时，振动稳定后的频率与什么有关？受迫振动物体的频率由什么决定？ 实验结论： （1）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。 （2）驱动力的频率与系统的固有频率相差越少，振幅越大，相差越多，振幅越小。 振动 类型 比较 项目　　 简谐运动 阻尼振动 受迫振动 产生条件 不受阻力作用 受阻力作用 受阻力和驱动力作用 频率 固有频率 固有频率 驱动力频率 振幅 不变 减少 大小变化不确定 振动 类型 比较 项目　　 简谐运动 阻尼振动 受迫振动 振动图象 形状不确定 实例 弹簧振子振动，单摆做小角度摆动 敲锣打鼓发出的声音越来越弱，是因振幅越来越小 扬声器纸盆振动发声，钟摆的摆动 例2：下列关于机械振动的有关说法不正确的是（　　） A．简谐运动的回复力是按效果命名的力 B．振动图像描述的是振动质点的轨迹 C．受迫振动的频率等于驱动力的频率 D．当驱动力的频率等于受迫振动系统的固有频率时，振幅最大 B 例3：受迫振动是在周期性驱动力作用下的振动，关于它与驱动力的关系，下面的说法中正确的是（　　） A．作受迫振动的物体振动达到稳定后的振动频率一定小于驱动力的频率 B．作受迫振动的物体振动达到稳定后的振动周期一定等于驱动力的周期 C．作受迫振动的物体振动达到稳定后的振幅与驱动力的周期无关 D．作受迫振动的物体振动达到稳定后的振周期与驱动力的周期无关 B 例4：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 C 谢谢 $$