2.6 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

2.6 受迫振动 共振 1 1.自由振动：系统没有外力干预所做的简谐运动 特点： ①周期或频率与振幅无关，由系统本身决定，其振动频率称为固有频率 ②系统机械能守恒 弹簧振子周期公式 单摆的周期公式 导入新课 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。 t O x 阻尼振动图像 ①受到阻力 ②振幅逐渐减小 ③周期和频率不变 ④机械能逐渐减小 （2）特点 （1）定义：振幅随时间逐渐减小的振动，叫做阻尼振动。 （3）分类：阻尼振动系统能量衰减的方式通常有两种。 一．阻尼振动 T T T 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，振动周期与振幅无关，故阻尼振动中周期和频率不变 （3）分类：阻尼振动系统能量衰减的方式通常有两种。 ①摩擦阻尼：由于振动系统受到摩擦阻力或空气阻力的作用，使振动 系统的机械能逐渐转化为内能。 ②辐射阻尼：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。 单摆运动时受到空气阻力振幅逐渐减小。 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。 一．阻尼振动 例1、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 振幅越来越小，机械能减少，周期不变 6 思考：阻尼振动最终要停下来，那么怎样才能产生持续的振动呢？ 最简单的方法是使周期性的外力作用于振动系统，外力做功，补偿系统的能量损失，使系统的振动维持下去。 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 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. 2.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． 3.受迫振动: (1)定义：系统在驱动力作用下的振动，叫作受迫振动． 受迫振动的频率跟什么有关呢? 受迫振动实例： ①跳板在人走过时发生的振动 ②机器底座在机器运转时发生的振动 ③听到声音时耳膜的振动 ④电磁打点计时器的振针所做的振动 振针 针头 结论： 物体做受迫振动时，振动稳定后的频率等于驱动力的频率，跟物体的固有频率无关. 二．受迫振动 1. a、b、d的振动周期与c的振动周期的关系 2.观察哪个摆球的振幅最大? 思考：物体做受迫振动的振幅是否也跟它的固有频率无关呢? 先让c振动，带动a、b、d的振动。 结论：驱动力的频率等于振动物体的固有频率时，振幅最大； 驱动力的频率跟固有频率相差越大，振幅越小。 1、定义：当驱动力的频率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。 4、受迫振动的规律 f驱= f固时，振幅有最大值； f驱与 f固差别越大时，振幅越小 三．共振 2.共振产生的条件： 驱动力的频率与物体的固有频率相等，即f＝f0 3.共振曲线: 共振筛 使驱动力的频率接近或等于振动物体的固有频率； 5、共振现象及其应用 微波炉加热原理： 食物中水分子的振动频率约为2500MHz。微波炉加热食品时，炉内产生大致相同频率的电磁波， 也称为 “微波”。使食物 中的水分子做受迫振动， 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。 美国有一农场农妇，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.这是怎么回事呢？ 大家能解释吗？ 原因： 笛子发出的声音引起毛毛虫内脏发生剧烈共振而死亡. 生活中的共振现象 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. 17 5、共振现象的防止 应使驱动力的频率远离振动物体的固有频率。 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，引起桥梁发生共振而断裂。 军队过桥时要改齐步为便步 火车过桥慢行 共振的防止 在冰山雪峰间，动物的吼叫声引起空气的振动,当频率等于雪层中某一部分的固有振动频率时,会发生共振,形成雪崩. 登山队员严禁高声说话 【典例1】(多选)如图，A球振动后，通过水平细绳迫使B、C振动，下面说法中正确的是( ) A、只有A、C振动周期相等 B、A、B、C的振幅一样大 C、C的振幅比B的振幅大 D、A、B、C的振动周期相等 A B C 2m 4m 2m 解析：B和C做的是受迫振动，周期与A的周期相等，故D正确。 其中C的摆长与A的摆长相等，即C的固有周期等于驱动力的周期，发生共振，故C的振幅大，C正确。 CD 【典例2】如图所示是一个单摆的共振曲线． (1)若单摆所处环境的重力加速度g＝9.8 m/s2，试求此摆的摆长； (2)若将此摆移到高山上，共振曲线的峰将怎样移动？ 解析：（1）由图可知：单摆的频率为0.3Hz，周期为 由 得：L=2.8m （2）将此摆移到高山上，重力加速度减小，周期变大，频率减小，共振曲线的峰将向左移动。 【典例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1.5s，汽车在一条起伏不平的路上行驶，路上各凸起处大约都相隔8m，汽车以多大速度行驶时，车身上下颠簸得最剧烈？ 解：设车速为v，每经过一个凸起，将引起车身的振动，如果汽车经过相邻凸起的时间间隔刚好等于车身体系的固有周期T＝1.5s，则由凸起施与车的驱动力——冲击力的频率等于固有频率，车达到共振状态，颠簸最剧烈。 车速为 时，车颠簸最剧烈。 阻尼振动 受迫振动 共 振 外力作用 下的振动 课堂小结 ①受到阻力 ②振幅逐渐减小 ③周期和频率不变 ④机械能逐渐减小 特点 特点： 条件： 特点：振幅达到最大值 共振曲线： 图像 应用与防止 fo A O f Lavf58.51.100 $$