2.5 受迫振动 共振 课件-2025-2026学年高二上学期物理粤教版选择性必修第一册

null共振现象有许多应用，例如面粉厂的共振筛就利用了共振的原理，用四根弹簧支起筛子，筛架上安一个由偏心轮和发动机组成的振动电机。其原理可以由实验看出，当振动电机的转速使筛子受到驱动力的频率接近筛子的固有频率时，筛子发生共振达到较大的振幅，提高了筛除杂物的效率。 123这3种颜色分别对应的三个小球，它们能够显示三个小球的固有周期通道。四是显示了我们电机的驱动力的周期。好，接下来老师波动红球，大家看一下它的固有周期是多少。34020，现在我们拨动绿球，拖动绿球，红球刚刚蓝球刚刚晃了一下，好看绿球。A是0.29。好，现在我们拨动篮球是0.38。好的，现在我开始启动电机，大家会观察到这个通道四的话，它有一个示数的变化。这个电机我现在调高转速也就意味着增加的频率，那么这个周期的话它就会越来越小，我减小这个周期，现在大家看一下这三个小球的振幅变化。好，0.51、0.50、0.48，主要是看这三个小球哟。现在好像有一个球正负在变大了耶对，是篮球。而现在这个频率是不是越接近篮球的频率？好，我再减小周期，那么也就是再增大频率。现在这个篮球政府是最大，好，我现在是零，发现没有我现在过了0.38、0.36了，现在这个篮球它振幅减小了，我再减小篮球几乎不动。好的，你们又看这个球，丝丝绿球，政府在便当。我们刚刚到0.280.29的时候，你看这个0.8、0.9跟我们绿球的固有周期或者固有频率一样。我们再继续减小周期，增大频率，发现月球的振幅小哀。那么此时红球在干嘛？在什么？对，好，我们继续增大体育，减小周期。你看红球越来越震幅越来越大好的真的不了了，现在已经是最大的驱动力频率了。好，那么通过我们刚刚这个实验，好像验证了同学们得到的结论。就是当我们驱动力的周期等于小球本身固有周期，或者用频率的表述就是驱动力的频率等于小球本身固有频率的时候，它的振幅就最。而且当这个驱动力的频率越接近小球固有频率，那么这时候政府就越来越。 第 二 章 机 械 振 动 受迫振动 共振 High School Physics 知道什么是等幅振动和阻尼振动，并能用能量的观点给予说明 02 01 理解共振的概念，知道共振常见的应用和危害 03 知道受迫振动的频率等于驱动力的频率，而跟振动物体的固有频率无关 重难点 重点 公司logo 公司logo 情境导入 古盆自鸣，水花飞溅的奥秘 “洗”是一种古代盥洗用的青铜脸盆，现代也有类似的仿制品，将清水倒入其中，用手掌慢慢摩擦盆耳，“洗”就会发出嗡嗡声，到一定节奏时还会溅起水花。这是为什么？ 龙 洗 龙 洗 公司logo 公司logo 情境导入 受迫振动的频率 01 如图所示，振荡的秋千在停止提供动力后会逐渐慢下来，这是为什么？如何才能保持其初始时候的振荡高度？ 空气阻力和摩擦力等因素导致秋千获得的初始机械能逐渐耗散，因而其振幅逐渐减小；外力周期性地补充能量以补偿其耗散的机械能。 等幅振动 振幅不变的运动叫作等幅振动。它是一种机械能守恒的振动。 弹簧振子和单摆都是理想化模型，是机械能守恒的振动，振幅保持不变。 公司logo 公司logo 要点归纳 振幅随时间逐渐减小的振动 2.原因 1.定义 空气阻力和摩擦力等因素导致机械能逐渐耗散 阻尼振动 公司logo 公司logo 要点归纳 弹簧振子周期公式 单摆的周期公式 固有频率 物体的自由振动频率 2.因素 1.定义 固有频率只与它们自身的参数有关 公司logo 公司logo 要点归纳 受迫振动 系统在外界驱动力作用下的振动 2.受迫振动的周期 1.定义 物体做受迫振动达到稳定后，其振动频率等于驱动力的频率，与物体的固有频率无关。 说明：驱动力是指作用于振动系统的周期性的外力。 公司logo 公司logo 要点归纳 阻尼振动中，在振幅逐渐减小的过程中，振动系统的周期和频率会发生变化吗？ 不变。振动系统的频率和周期由振动系统本身决定，与振幅无关。 T T T 公司logo 公司logo 讨论与交流 1.(2024·常熟外国语学校高二月考)如图是单摆做阻尼振动的位移—时间图像，下列说法正确的是 A.阻尼振动的周期越来越小 B.摆球在P时刻的势能大于N时刻的势能 C.摆球在P时刻的动能大于N时刻的动能 D.摆球在P与N时刻的机械能相等 √ 例题 阻尼振动的周期不变，故A错误； 摆球在P与N时刻位移相等即单摆所处高度相同，则重力势能相同，故B错误； 由于阻力影响，单摆要克服阻力做功，在运动过程中机械能一直减小，故P时刻的机械能大于N时刻的机械能，而两点重力势能相等，则P时刻的动能大于N时刻的动能，故C正确，D错误。 阻尼振动的能量特点 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。 总结提升 2.下列振动中属于受迫振动的是 A.用重锤敲击一下悬吊着的钟后，钟的摆动 B.小孩睡在自由摆动的吊床上，小孩随着吊床一起摆动 C.打点计时器接通电源后，振针的振动 D.弹簧振子在竖直方向上上下振动 √ 受迫振动是振动物体在周期性驱动力作用下的运动，故C正确。 例题 3.如图所示，曲轴上悬挂一弹簧振子，转动摇把，曲轴可以带动弹簧振子上下振动。 (1)开始时不转动摇把，而用手往下拉振子，然后放手让振子上下振动，测得振子在10 s内完成20次全振动，不考虑阻力，振子做什么振动？其固有周期和固有频率各是多少？若考虑阻力，振子做什么振动？ (2)在振子正常振动过程中，以转速4 r/s匀速转动把手，振子的振动稳定后，振子做什么运动？其周期是多少？ 答案　 (1)简谐运动　0.5 s　2 Hz　阻尼振动 (2)受迫振动　0.25 s (1)用手往下拉振子，放手后，不考虑阻力， 因振子所受回复力满足F=-kx，所以做简谐运动， 根据题意T固== s=0.5 s， f固== Hz=2 Hz， 由于阻力的存在，振子克服阻力做功消耗能量，振幅越来越小，故振动为阻尼振动。 (2)由于把手转动的转速为4 r/s，它给弹簧振子的驱动力频率为f驱=4 Hz， 周期T驱=0.25 s， 故振子做受迫振动，振动达到稳定状态后，其频率(或周期)等于驱动力的频率(或周期)，而跟固有频率(或固有周期)无关， 即f=f驱=4 Hz，T=T驱=0.25 s。 振动类型 比较项目　　 简谐运动 阻尼振动 受迫振动 概述 振动图像(x-t图像)是一条正弦曲线 振幅逐渐减小的振动 振动系统在驱动力作用下的振动 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 减少 大小变化不确定 三种振动的比较 公司logo 公司logo 总结提升 振动图象 形状不确定 振动能量 机械能不变 机械能逐渐减小 驱动力对振动系统做功，补偿系统的能量损耗 常见实例 弹簧振子或单摆 敲锣打鼓发出的声音越来越弱 机器运转时底座发生的振动 公司logo 公司logo 总结提升 共振 共振的应用与防止 02 在周期性驱动力作用下的受迫振动，其振幅是否也跟它的固有频率无关呢？ f固 驱动力频率等于固有频率时，受迫振动的振幅达到最大 共振 说明：f=f0时发生共振； f>f0或f<f0时，f与f0相差越大，振幅越小。 共振条件 f=f固 共振曲线 横轴：驱动力的频率 纵轴：受迫振动的振幅 共振 共振的利用 在利用共振时，应使驱动力的频率接近或者等于振动系统的固有频率。如共振筛、地震仪等。 原理图 偏心轮每转动一周，给筛子提供一个驱动力 在防止共振时，应使驱动力的频率与振动系统的固有频率保持一定差距。如：队伍过桥时不能齐步走。 共振的防止 4.(2024·淮安市高二期末)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摆振动的频率，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频率，即都等于D摆的振动频率，周期均相同，故B、D错误。 5.(2025·重庆市渝中区高二期中)一个单摆在地面上做受迫振动，其振幅与驱动力频率的关系如图所示，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.若摆长增大，曲线的峰将向左移动 D.若摆长减小，单摆的固有频率减小 √ 由题图可知，单摆的固有频率约为0.5 Hz，则单摆的固有周期约为T==2 s，由单摆周期公式T=2π，可得此单摆的摆长约为L=1 m，A、B错误； 若摆长增大，单摆固有周期变大，单摆的固有频率减小，曲线的峰将向左移动；若摆长减小，单摆固有周期变小，单摆的固有频率增大，C正确，D错误。 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。 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. 课堂小结 本课结束 Keep Thinking! $记得小时候去游乐场特别喜欢玩荡秋千，很享受那种越荡越高，风吹着脸庞刺激又舒适的感觉。现在虽然长大了，但是每每看到秋千还是有股想玩的冲动。 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。 null首先，我们将白板安装在弹簧振子振动图像描绘器的凹槽上。将钢球垂直拉离平衡位置一小段距离，然后放手拉动白板。此时钢球自由振动，钢球上的毛笔开始绘制弹簧振子的运动图像，这样就得到一张弹簧振子绘制的振动图像。