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 1.阻尼振动：系统克服阻尼的作用要做功，消耗机械能。振幅逐渐减小的振动，叫做阻尼振动。 新知学习 2.阻尼振动特点： （1）振幅逐渐减小的振动 （2）阻尼振动的图像 （3）振动系统受到的阻尼越大，振幅减小越快，阻尼过大时，系统将不能发生振动。 （4）实际的振动一定是阻尼振动 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。 3.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 4.阻尼振动与简谐运动(无阻尼振动)的比较 振动类型 阻尼振动 无阻尼振动(简谐运动) 产生条件 振动能量 振幅 频率 图像 常见例子 思考：有什么办法能够持续使物体的振动吗？ 受到阻力作用 不受阻力作用 振动能量有损失 振动能量保持不变 如果没有能量补充，振幅越来越小 振幅不变 不变 不变 悬挂的电灯被风吹动后开始振动，振幅越来越小，属于阻尼振动 弹簧振子的振动 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 3.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 新知学习 三、共振 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? 小球共振实验视频 观察哪个摆球的振幅最大？ 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。 新知学习 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 4.共振的应用与防止 （1）应用实例：共振筛、共鸣箱 共鸣箱 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。 新知学习 1940年，美国的全长860米的塔柯姆大桥因大风引起的共振而塌毁。 （2）共振的防止 在桥梁、码头等各种建筑的设计施工中，以及飞机、汽车、轮船的发动机等机器设备的设计、制造、安装中，都必须考虑防止共振产生的危害，以保证建筑和设备的安全。 新知学习 因为喊叫声中某一频率若正好与山上积雪的固有频率相吻合，就会因共振引起雪崩，其后果十分严重。 登雪山运动员登山时严禁大声喊叫？ 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.(多选)一个弹簧振子做受迫振动，它的振幅A与驱动力频率f之间的关系如图所示.由图可知 （ ） A.驱动力频率为f2时，振子处于共振状态 B.驱动力频率为f3时，受迫振动的振幅比共振小， 但振子振动的频率仍为f2 C.如果振子做自由振动，它的频率为f2 D.振子可以做频率为f1的等幅振动 ACD 当堂检测 3.如图所示，在一根张紧的水平绳上挂有5个单摆，其中b摆球质量最大，其余4个摆球质量相等，摆长关系为Lc>Lb＝Ld>La>Le，现将b摆垂直纸面向里拉开一微小角度后释放，经过一段时间后，其余各摆均振动起来并达到稳定，下列叙述正确的是（ ） A．4个单摆的周期Tc>Td>Ta>Te B．4个单摆的频率fa＝fc＝fd＝fe C．4个单摆的振幅Aa＝Ac＝Ad＝Ae D．4个单摆中c摆振幅最大 B 当堂检测 Lavf57.83.100 Lavf57.83.100 $$