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

新教材人教版 物理（选择性必修第一册） 第二章 机械振动 第6节 受迫振动 共振 课堂引入 “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？ 温故知新 单摆的周期公式： 弹簧振子的周期公式： 物体的振动周期与频率由振动物体本身性质决定的，与振幅无关。 固有振动 固有振动：振动系统不受外力的作用在自身结构影响下的振动 固有周期(频率)：由自身结构所决定的周期T0(f0) 与以往所学... text has been truncated due to evaluation version limitation. 3 思考1：若振动系统受到阻力作用，它将如何运动？ 一、振动中的能量损失 思考2：若振动过程中存在阻力，它的振幅又发生如何变化呢？ 1.阻尼振动： 振动系统在阻尼（摩擦或其他阻力）作用下的振幅随时间逐渐减小的振动 生活中的实际的振动一定是阻尼振动 逐渐减小 振动逐渐变弱，直至停止 阻尼振动振动图像 一、振动中的能量损失 2.阻尼振动的图像 3.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：振动系统受到的阻尼越大，振幅减小得越快还是越慢 问题1：无阻尼振动是不是不受任何阻力的振动？ 一、振动中的能量损失 物体做无阻尼振动，并不一定指它不受阻力，而是指它在振动过程中保持振幅不变。 问题2：做阻尼振动系统振幅不断减小，周期和频率会发生变化吗？ 问题3：做阻尼振动系统的机械能如何变化？ 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 物体在做阻尼振动的过程中，总机械能逐渐减小，物体位移大小相等时，势能大小相等，但动能与上一次相比将减小。 例如音叉发声时，分机械能随声波辐射到周围空间，导致音叉振幅减小 一、振动中的能量损失 4、振动系统能量衰减的方式 （1）由于振动系统受到阻力的作用，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）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。 简谐运动 阻尼振动 产生条件 6、简谐运动与阻尼振动的比较： 振幅 频率 振动图像 一、振动中的能量损失 理想模型，不受阻力 受到阻力作用 由系统本身决定 频率不变 不变 减小 你用力敲锣，注意听其音调，在响度减小的过程中，体验其音调是否变化。并分析思考为什么会这样。 用力敲锣，由于锣受到阻尼作用，振幅越来越小，锣声减弱（响度减小），但音调不变（频率不变）。这是因为，物体做阻尼振动时，振幅虽然不断减小，但振动的频率仍由振动系统的结构特点所决定，并不会随振幅的减小而变化。 一、振动中的能量损失 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？ 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。 驱动力 二、受迫振动 1.驱动力：周期性作用于振动系统的外力叫做驱动力。 2.受迫振动：系统在驱动力作用下的振动，叫做受迫振动。 3.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。 观察与思考 三、共振现象及其应用 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。 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。 三、共振现象及其应用 2.共振曲线： 横轴：表示驱动力的频率 纵轴：表示受迫振动的振幅 三、共振现象及其应用 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。 三、共振现象及其应用 15 现象一：唐朝的时候，洛阳某寺一僧人房间的一件乐器磬，经常莫名其妙的自动鸣响，这是什么物理原理呢？ 现象二：登雪山的队员在登山过程中不能大声说话，为什么？ 现象三：各国都规定大队人马过桥，要便步通过，为什么？ 古代的磬 学以致用 三、共振现象及其应用 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,火车过桥慢行 历史事件 三、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。 生活物理 三、共振现象及其应用 大千世界： 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？ 三、共振现象及其应用 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。 课堂小结 阻尼振动 受迫振动 共振 振动系统在阻尼（摩擦或其他阻力）作用下的振幅逐渐减小的振动. 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。 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。 Lavf58.12.100 $$