2.5 阻尼振动 受迫振动 课件-2025-2026学年高二上学期物理教科版选择性必修第一册

第二章 机械振动 第5节 阻尼振动 受迫振动 1.理解阻尼振动和受迫振动的概念 2.理解共振现象是如何产生的 3.学习如何利用和防止共振 学习目标 “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？ 新知导入 一、阻尼振动 振动中的能量会损失，机械能会减小 若振动过程中存在阻力，振幅会发生如何变化呢？ 1.阻尼振动： 振动系统在阻尼（摩擦或其他阻力）作用下的振幅逐渐减小的振动。 机械能转化为内能 2.原因： 受力：受到阻力（外力） 能量：机械能转化为内能 新知学习 3.阻尼振动的图像 4.特点：（1）振幅不断减少； （2）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。 新知学习 生活中的实际的振动一定有空气阻力，故是阻尼振动 新知学习 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？ 振动周期与振幅无关，故阻尼振动中周期和频率不变！ T T T 阻尼振动的能量有什么特点？ 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。 新知学习 自由振动的频率，叫做系统的固有频率，固有频率由系统本身的特征决定。 理想情况下（即不受任何阻力，没有任何能量损耗）振幅保持不变，叫作无阻尼振动。 4.自由振动：系统不受外力作用，只在自身回复力作用下的振动， 称为自由振动。 新知学习 二、受迫振动 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。 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。 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。 1.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。 新知学习 研究受迫振动的频率视频 （1）接通电源，使钩码做受迫振动，观察记录驱动力的频率和钩码振动的频率。 （2）改变驱动力的频率，再做记录。 新知学习 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小，振幅越大，相差越多，振幅越小。 新知学习 受迫振动的应用实例 跳板在人走过时发生的振动 机器底座在机器运转时发生的振动 听到声音时耳膜的振动 电磁打点计时器的振针所做的振动 振针 新知学习 三、共振 做一做： 如图，铁架横梁上挂着几个摆长不同的摆。 其中，A 与 D、G 的摆长相同，D 的摆球质量大于其他摆球。使 D 摆偏离平衡位置后释放，D 摆在振动中通过横梁对其他几个摆施加周期性的驱动力。在振动稳定后比较各球的振幅。 新知学习 实验现象：通过观察会发现，固有频率与D摆相同的A摆、G摆振幅最大，固有频率与D摆相差较多的C摆、E摆振幅最小。 小球共振实验视频 新知学习 实验结论： 物体在做受迫振动时，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。 新知学习 1.定义： 3.受迫振动的规律 横轴：表示驱动力的频率 纵轴：表示受迫振动的振幅 2.共振曲线 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。 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 新知学习 共振筛 转速计 偏心轮转动产生周期性的驱动力，当驱动力频率与筛子固有频率相当时会产生距离振动，提高筛除杂物效率。 不同长度的钢片安装在同一个支架上，与开动着的机器紧密接触，机器的振动引起转速计的轻微振动，固有频率与机器转速一致的那个钢片发生共振。 4.共振的利用 新知学习 5. 共振的防止 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。 （1）军队过桥便步走,火车过桥慢行 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。 （2）轮船航行时要看波浪的撞击方向而改变速度和方向 （3）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 新知学习 简谐运动、阻尼振动与受迫振动及共振的比较   简谐运动 阻尼振动 受迫振动 产生条件 频率 振幅 振动图像 实例 共振 振动能量 获得的能量最大 不受阻力作用 受阻力作用 受阻力和驱动力作用 同受迫，且T驱=T固 固有频率 频率不变 驱动力频率 f驱 = f固 不变 减小 大小变化不确定 大小变化不确定 形状不确定 形状不确定 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 扬声器纸盆振动 发声钟摆的摆动 共振筛 共振转速计 机械能不变 机械能减少 由产生驱动力 的物体提供 新知学习 1.阻尼振动：振幅(能量)逐渐减小的振动 2.受迫振动：物体在外界驱动力作用下的振动 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。 3.共振：驱动力的频率接近物体的固有频率时，受迫振动的振幅增大的现象。 ①利用共振时：应使驱动力的频率f接近或等于振动物体的固有频率f0 ②防止共振时：应使驱动力的频率f与物体的固有频率f0不同，而且相差越大越好 课堂小结 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．物体做阻尼振动时，周期不变，机械能减小 BC 当堂检测 2.一弹簧振子做受迫振动时的振幅与驱动力频率的关系如图所示。下 列说法正确的是（ ） A.假如让振子自由振动，它的频率为 f2 B.驱动力的频率为 f2 时，振子处于共振状态 C.驱动力的频率为 f3 时，振子的振动频率为 f3 D.振子做自由振动时，频率可能为 f1、f2 和 f3 ABC 当堂检测 3. 如图所示，在一根张紧的绳子上挂几个摆，其中A、B的摆长相等。先让A摆振动起来，B、C、D三个摆随后也跟着振动起来，则稳定时（　　） A.三个摆振动的振幅大小相等 B.三个摆的振幅大小不同，B摆的振幅最大 C.B摆的振动周期最大，D摆的振动周期最小 D.D摆的振动周期最大，C摆的振动周期最小 B 当堂检测 Lavf57.83.100 Lavf57.83.100 $$