2.5 生活中的振动 课件-2025-2026学年高二上学期物理鲁科版选择性必修第一册

nullnull第2章机械振动 High school physics 会用共振现象产生的条件分析共振现象 认识受迫振动和共振，知道受迫振动的特点和共振动产生的条件 02 认识自由振动和阻尼振动，能用能量的观点进行分析阻尼振动 01 03 1.弹簧振子、小角度摆动的单摆所做的运动是简谐运动。 2.简谐振运动是一种理想状态下的运动，忽略了阻力的影响，整个运动过程机械能守恒。 3.振动的能量与振幅有关，振幅越大，振动的能量越大。 x t 公司logo 公司logo 知识回顾 为什么一个小朋友慢慢停下来，而另一个小朋友会一直荡下去？ 公司logo 公司logo 情境导入 阻尼振动 01 弹簧振子在水中不能持续振动，汽车上的减震器能让汽车的振动很快停下来，它们为什么不能持续振动？这些振动有什么特点？ 答案　水中的弹簧振子、汽车上的减震器之所以不能持续振动，是因为它们在振动过程中受到阻力，使振动逐渐减弱。 公司logo 公司logo 观察与思考 1.自由振动 对于一个振动系统，若振动物体偏离平衡位置后，仅在回复力作用下振动，这种振动就是自由振动。 2.阻尼振动 (1)定义：阻尼振动是指振幅不断减小的振动。 阻尼振动 公司logo 公司logo 核心知识 (2)产生的原因：振动过程中由于存在阻力，振动物体需要不断克服阻力作用，系统的机械能不断减小，导致振幅不断减小。 (3)图像：如图所示，振幅逐渐减小，最后停止振动。 公司logo 公司logo 核心知识 单摆 固有周期：T＝2π 固有频率：f＝ 思考：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 1.如图是一单摆做阻尼振动的位移—时间图像，比较摆球在M与N时刻的物理量，(EpM代表M点重力势能，EpN代表N点重力势能)以下说法正确的是 A.速率vM=vN B.受到的拉力FM>FN C.重力势能EpM>EpN D.机械能EM<EN √ 例题 由于单摆在运动过程中要克服阻力做功，振幅逐渐减小，摆球的机械能逐渐减少，所以摆球在M点所对应时刻的机械能大于在N点所对应时刻的机械能，摆球的重力势能是由摆球相对最低点的高度h和摆球的质量m共同决定的(Ep=mgh)。由图像可知，在M、N两点对应的两时刻，摆球相对最低点的高度相等，所以EpM=EpN。由于摆球要克服阻力做功，所以vM>vN，故A、C、D错误；由于M、N两时刻摆球的位移大小相等，所以其细线拉力与竖直方向上的夹角θ也相等，对单摆受力分析，根据牛顿第二定律有 F-mgcos θ=m，得F=mgcos θ+m，由于vM>vN，所以FM>FN，故B正确。 受迫振动与共振 02 1.驱动力：为了获得稳定的振动，通常需要给振动物体施加一周期性的外力，这种周期性的外力称为驱动力。 2.受迫振动：在周期性外力作用下产生的振动。 受迫振动 公司logo 公司logo 核心知识 3.受迫振动的周期或频率 物体做受迫振动时，振动稳定后的周期(或频率)总等于驱动力的周期(或频率)，与物体的固有周期(或固有频率)无关。 公司logo 公司logo 核心知识 水花为什么荡起？宇航员为什么感觉不舒服？ 公司logo 公司logo 观察与思考 共振实验 2.共振条件： 说明：f=f固时发生共振； f>f0或f<f0时，f与f0相差越大，振幅越小。 共振 1.定义 当驱动力的周期(或频率)与物体的固有周期(或固有频率)相等时，受迫振动的振幅达到最大，这种现象称为共振。 f=f固 3.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 f固 公司logo 公司logo 核心知识 公司logo 公司logo 核心知识 2.如图所示，铁架横梁上挂着几个摆长不同的摆，其中A、D、G的摆长相同，D摆球质量大于其他摆球，使D摆偏离平衡位置后释放，振动稳定后，下列说法中正确的是 A.C摆振幅最大 B.E摆周期最小 C.A、G两摆振幅相同 D.G摆周期比F摆的大 √ 例题 A、D、G三个摆的摆长相同，则A、G两摆的固有频率等于D摆的频率，振幅相同且最大，故A错误，C正确； 所有摆的振动频率都等于驱动力的频率，即都等于D摆的振动频率，即振动周期都相等，故B、D错误。 3.如图所示为一个单摆在地面上做受迫振动的共振曲线(振幅A与驱动力频率f的关系)，则下列说法正确的是 A.此单摆的固有周期约为1 s B.此单摆的摆长约为2 m C.若摆长变小，共振曲线的峰将右移 D.若摆长增大，单摆的固有频率增大 √ 例题 由题图可知此单摆的固有频率为0.5 Hz，则固有周期为T==2 s，故A错误； 根据单摆周期公式有T=2π，解得l≈1 m，故B错误； 若摆长变小，根据单摆周期公式可知固有周期减小，固有频率增大，共振曲线的峰将右移，故C正确； 若摆长增大，根据单摆周期公式可知单摆的固有周期增大，固有频率减小，故D错误。 简谐运动、阻尼振动和受迫振动的比较   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 减小 大小变化不确定 公司logo 公司logo 总结提升   简谐运动 阻尼振动 受迫振动 振动图像     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，是因为振幅越来越小 扬声器纸盆振动发声，钟摆的摆动 公司logo 公司logo 总结提升 共振的应用与防止 03 在应用共振时，应使驱动力频率接近或等于振动系统的固有频率，振动将更剧烈。如路面共振破碎机、音叉共鸣箱。 共振的应用 路面共振破碎机破碎路面 公司logo 公司logo 核心知识 在防止共振时，驱动力频率与系统的固有频率相差越大越好。 共振的防止 改变轮船的航向和速率 集体列队经过桥梁时要便步走 防止 公司logo 公司logo 核心知识 4.(多选)铺设铁轨时，每两根钢轨接缝处都必须留有一定的间隙，匀速运行的列车经过轨端接缝处时，车轮就会受到一次冲击。由于每一根钢轨长度相等，所以这个冲击力是周期性的，列车受到周期性的冲击做受迫振动。普通钢轨长为12.6 m，列车的固有周期为0.315 s。下列说法正确的是 A.列车的危险速率为40 m/s B.列车过桥需要减速，是为了防止列车发生共振现象 C.列车运行的振动频率和列车的固有频率总是相等的 D.增加钢轨的长度有利于列车高速运行 √ √ 例题 当列车受到冲击的频率和列车的固有频率相同时，会发生共振现象，比较危险，由题意可得，列车的危险速率为v== m/s=40m/s，A正确； 列车过桥需要减速，是为了防止桥梁发生共振现象，B错误； 列车的速度不同，则振动频率不同，C错误； 根据v=可知，增加钢轨的长度可以使危险速率增大，有利于列车高速运行，D正确。 阻尼振动 受迫振动 生活中的振动 自由振动 阻力作用，振动减弱、振幅减小，固有频率 只受回复力作用，振幅不变，固有频率 周期性驱动力作用下的振动 振动频率等于驱动力频率，与固有频率无关 共振及其应用和防止 共振： f驱=f固，振幅最大 共振曲线 共振的应用： f驱接近或等于f固 共振的防止： f驱远离f固 课堂小结 本课结束 Keep Thinking! Lavf58.20.100 Tencent CAPD MTS (T-tech) Lavf57.62.100 FormatFactory : www.pcfreetime.com FormatFactory : www.pcfreetime.com FormatFactory : www.pcfreetime.com $这是我国古代皇宫中使用的盥洗工具龙喜，它的造型很是别致，在铜盆的两侧还安装着两个向上凸起的把手。如果我们往盆里倒一些水，然后再用干净的双手摩擦盆耳，那么就能欣赏到波纹4起、嗡嗡作响、水花四溅的神奇现象。 nullnull5月18号，深圳赛格大厦发生了晃动，大量人员疏散。业内人士指出，赛格大厦晃动原因是风速、温度等原因产生了共振。之前虎门大桥也受到风速的影响产生共振，出现了异常抖动。1940年，美国塔科马悬索桥也是因为大风引发共振，桥面严重扭曲震动，最后垮塌。 nullnull54321，2003年10月15号，这是载入中华民族史册的一天。浩瀚宇宙，太空首次迎来了中国航天员杨利伟驾乘神舟五号飞船，实现了中华民族千年飞天梦想。人们通过电视屏幕看到的是杨利伟神情自如的形象，然而这背后却是一场谁也没有预料到的生死考验。在飞船发射的上升阶段，意外出现了巴赫兹左右的低频振动，与人体的内脏产生了让人难以承受的共振。就像在我的周围放的都是那种敲锣打鼓敲，然后它震动的你就是你受不了。那么这个时候是你身体用力量用不上，你有劲儿没处使的这种感觉。实际上它是因为共振了共振了，那它全靠你的这个身体的这种应急的这种东西在对抗。这个我们在当时在大厅里看到的时候，就是我有有那么一片刻，杨利伟好像就是有点像闭着眼睛这样的就一种状态。有一种像这种濒临死亡的这种感觉。就是你觉得你一个是用不上力量了，这是一个。第二个就是你有点要过去了，那个那个意思，但好在他时间不长。首飞意味着要用生命去探索未知的风险。杨利伟用常人难以企及的意志力，挺过了来势汹汹的26秒低频共振考验。 在实验中，我们需要用到以下实验器材，受迫振动与共振显示器、学生电源导线。受迫振动与共振显示器。由电动机。偏心轮。弹簧振子。旋钮。接线柱、背板。组成。电动机通过偏心轮向下面的两组弹簧振子施加周期性的驱动力，使弹簧振子做受迫振动改变，电动机的转速，可以调整驱动力的频率。用导线将学生电源和受迫振动与共振显示器连接起来，打开学生电源，调节电压到8伏。电动机通过偏心轮向下面的两组弹簧振子施加驱动力，使弹簧振子做受迫振动。可以看到，电动机带动偏心轮转一圈时，弹簧振子震动一次。旋转旋钮使电动机转速加快，可以看到电动机带动偏心轮转一圈时，弹簧振子震动一次。由实验可知，弹簧振子做受迫振动频率等于驱动力的频率，与物体的固有频率无关。 null