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

阻尼振动的。图像。在竖直方向振动的弹簧振子上安装一个毛笔头。弹簧振子振动时，在镇子上的毛笔就在水平匀速移动的大纸袋上画出振动图线，适当加大毛笔对纸带压力，使振子受到一定阻力。所以看到的图片是振幅逐渐减小的振动图线，也就是阻尼振动图线。 在实验中我们需要用到以下实验器材，受迫振动与共振演示器、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。 5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。 nullnull这个装置叫做耦合摆球，先让A球摆动起来，它的频率恰好是它的固有频率，而其他摆球会在A球提供的驱动力下做受迫振动。不难看出其他摆球因为百长不同，他们本应该有各自的固有频率，可他们的实际摆动频率却都与A球的频率相同，也就是与A提供的驱动力频率相同。这样就能得到第一个结论，受迫振动的频率等于驱动力的频率，与自身的固有频率无关。除了频率关系，它们的振幅也有一定的规律。你看受迫振动的摆球中，E的摆长与A最接近，也就是说它的固有频率原意最接近，而它的振幅最大，然后BCD的振幅一依次减小。这样就能得到第二个结论，固有频率与驱动力频率的差距越小其振幅就会越大。经过多次重复实验，将驱动力频率作为横坐标，受迫振动的振幅作为纵坐标，就可以画出这样的图像。其中F撇是受迫振动的固有频率，当驱动力频率等于固有频率时，物体振幅最大。知道了结论。 null抖着抖着，不同规格的物体就被分离了。这是工业生产中经常使用的一种设备，名叫振动筛。原理和普通筛子差不多，都是利用震动产生反向击振力，迫使筛体带动筛网做纵向运动，从而完成物料的筛选。它的种类非常多，几乎涉及到加工制造的各个领域，如矿山开采、建筑、化工、医药等等。其中使用最广的还要数直线振动筛，可利用电机带动偏心块旋转产生激振力，使物料在筛网上被抛起，同时向前做直线运动，并按规定规格进行筛选分级，可大大提高生产效率，非常适合流水线作业。 教科版选择性凹修第一册 school ohysics 5阻尼振动受迫振动 ·第二章机械振 动 88 01 知道什么是自由振动和阻尼振动，能用 能量的观点进行分析阻尼振动的特点。 学习目标 02 知道受迫振动及其产生的条件，会分析 受迫振动的特点。 03 理解共振现象，掌握共振产生的条件， 知道常见共振的应用和危害。 重点 01 阻尼振动 情境导入 被敲击的锣发出的声音为什么会逐 渐变弱？荡来荡去的秋干没人推动 后，为什么会慢慢停下来？ 它们受到摩擦及空气阻力作用， 振动逐新减弱，振幅变小，最终 停了下来。 观察与思考 弹簧振子 理想化模型 振动方向上 简谐振动 x=Asinωt 单摆 只受回复力 ☆振动系统有各自的固有周期 （或固有频率） ☆振动系统中动能和势能相互转化，总机械能守恒，振幅不变 ☆振动系统的总机械能与振幅有关，振幅越大，总机械能越大。 实际生活中的振动，往往存在阻力或其他外力的影响。 这种情况下，物体的振动又有什么特点呢？ 核心知识 阻尼振动 定义： 振动系统在阻尼（即摩擦力或其他阻力）作用 下的振幅逐渐减小的振动。（力学角度） 由于振动逐渐减弱，振幅逐渐变小，振动 能量逐步转变为其他能量。（能量角度） 阻尼振动图象 特点： 振动系统受到的阻尼越大，振幅减小越快， 实际的振动 一定是阻尼 阻尼过大时，系统将不能发生振动。 振动 核心知识 阻尼振动的图象 核心知识 阻尼振动与简谐运动的对比 简谐运动 阻尼振动 产生条件 理想模型，不受阻力 受到阻力作用 频率 由系统本身决定 频率不变 振幅 不变 减小 振动图像 讨论交流 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？ 答案不变。 单摆 振动系统的周期和频率是由振动系 固有周期：T=2π 统本身决定，与振幅大小无关。 固有频率：∫ 2 核心知识 自由振动与固有频率 1.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。 2.固有频率：自由振动的频率。固有频率由系统本身的特征决定。 3.无阻尼振动：理想情况 下（即不受任何阻力，没 有能量损耗)自由振动的 甲：无阻尼振荡 振幅保持不变的振动。 乙：阻尼振荡 例题 1.如图所示是某单摆做阻尼振动的振动图线，下列说法正确的是 x/cm A.振动过程中周期变小 2 0 B.摆球P时刻的机械能等于时刻的机械能 摆球P时刻的动能大于时刻的动能 D.小球在P时刻和时刻，受到绳子拉力的大小相等 解析 例题 解板 阻尼振动的周期不变，振幅减小，故A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逐渐减小，摆球P时刻 的机械能大于时刻的机械能，两位置势能相同，则摆球P时刻的 动能大于时刻的动能，故B错误，C正确；小球在P时刻和时刻， 相对平衡位置位移大小相同，重力沿绳方向分力大小相等，但速度 大小不等，需要的向心力不等，重力沿绳方向分力与绳拉力的合力 提供向心力，则受到绳子拉力的大小不相等，故D错误。 84191 受迫振动与共振演示器 02 受迫振动 观察与思考 如图所示的装置为一挂在曲轴上的弹簧振子，匀速摇动手柄，下面 的弹簧振子就会振动起来，实际动手做一下，然后回答以下问题： (1)如果手柄不动而用手拉动一下振子，弹簧 振子的振动从振幅角度看属于什么振动？ 从没有系统外力作用角度看属于什么振动？ 阻尼振动 自由振动 观察与思考 (2)在匀速摇动手柄的过程中，观察振幅是 否变化？为什么？ 振幅不变。外力作用于振动系统，补偿系 统损失的能量。 (3)用不同的转速匀速转动手柄，弹簧振子 的振动快慢有何不同？这能说明什么问题？ 转速大时弹簧振子振动得快。说明弹簧振 子振动的周期和频率由手柄转速决定。 核心知识 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。 实验器材介绍 3特点：受迫振动的频率总等于驱动 ，及 八0 受迫振动与共振演示器 学生电酒 力的频率与系统的固有频率无关。 例题 2.(多选)(2024·德阳市高二月考)如图甲所示，在曲轴上悬挂一弹簧 振子，转动摇把，曲轴可以带动弹簧振子上下振动。开始时不转动 摇把，让振子自由上下振动，其振动曲线如图乙所示；然后以某一 转速匀速转动摇把，当振子振动稳定后，其振动图像如图丙所示。 下列说法正确的是 y/cm ↑yl/cm 摇把 2 21 0 2本6乃10×10's) 甲 乙 丙 例题 ↑y/cm ↑y/cm 摇把 2 2 A1234小567x101s) 24 681012tx101s) 2 甲 乙 丙 A.匀速转动摇把，振子振动稳定后的振动周期为0.4s 以匀速转动摇把，振子振动稳定后的振动周期为0.8s C.摇把匀速转动的转速为150r/min Q为了增大振子振动的振幅，应增大摇把的转速 解析 解析 匀速转动摇把，弹簧振子振动稳定时的频率和周期与自身的固有周期和频率无 关，等于受迫振动时驱动力的频率和周期，而匀速转动摇把施加驱动力的周期 为0.8s,故A错误，B正确； 摇把匀速转动的周期为T=0.8s, 则转动频率为f7,08 1-1Hz=1.25Hz,转速为 n=1.25×60r/min=75r/min,故C错误； 弹簧振子自由振动时的周期为T,=0.4s,振动频率为5Hz-2.5Hz由于此时 T20.4 摇把匀速转动的周期为0.8s,转动频率为1.25Hz,要增大振子振动的振幅，必 须使摇把的转动频率向弹簧振子的固有频率靠近，因此应增大摇把的转速，故 D正确。 03 共振及其应用和防止 观察与思考 如图所示，先让A摆振动起来，A会通过张紧的绳子给其他各摆施加 驱动力，B、C、D三个摆在驱动力作用下开始摆动： 观察BCD三摆的振幅，哪一个摆的振幅最大？ B 摆的振幅与固有频率有什么关系？ D B摆的振幅最大； A摆和B摆的摆长相等，故A摆的固有频率等于B摆的 固有频率，B摆的振幅最大。固有频率越接近驱动力频 率，受迫振动摆的振幅越大。 观察与思考 受迫振动振幅的影响因素 受迫振动 一在驱动力的作用下的振动 受迫振动的规律 核心知识 共振 1.定义：驱动力的频率f等于物体的固有频率f时，受迫振动的振幅最大，这种现象 叫做共振。 横轴：表示驱动力的频率 2.共振曲线： 纵轴：表示受迫振动的振幅 A受迫振动的振幅 说明： f=f时发生共振： 驱动力的频率 0 f(固有频率) 下f或水f6时，与相差越大，振幅越小。 核心知识 共振 核心知识 共振的应用 要利用共振，应尽量使驱动力的频率 与物体的固有频率一致。 如：共振筛、荡秋干、共振转速计等。 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。 核心知识 共振的防止 共振的防止 防止共振危害时，要尽量使驱 动力的频率和固有频率不相等， 而且相差越大越好。 部队过桥应便步走， 不应踏步走 讨论交流 洗衣机在衣服脱水完毕关闭电源后，脱水桶还要转动一会才能停 下来。在关闭电源后，发现洗衣机先振动得比较弱，有一阵子振 动得很剧烈，然后振动慢慢减弱直至停下来。 (1)开始时，洗衣机为什么振动比较弱？ A 受迫振动的振幅 答案 开始时，脱水桶转动的频率远高于洗 衣机的固有频率，振幅较小，振动比较弱。 (2)期间剧烈振动的原因是什么？ 答案 当洗衣机脱水桶转动的频率等于洗 個 驱 衣机的固有频率时发生共振，振动剧烈。 例题 3如图甲所示，一个竖直圆盘转动时，固定在圆盘上的小圆柱带动 一个T形支架在竖直方向振动，T形支架下面系着一个弹簧和小球组成 的振动系统。当圆盘静止时，小球可稳定振动。改变圆盘匀速转动的周 期，其共振曲线（振幅4与驱动力的 频率的关系)如图乙所示。现使圆盘 ↑A/cm 以4s的周期匀速转动，经过一段时 小圆柱 10 T形支架 8卧 间后，小球振动达到稳定，则下列 4 24 说法正确的是 012345fHz 甲 乙 例题 A.此振动系统的固有频率约为0.25Hz 关键信息：圆盘以 4s的周期匀速转动 B此振动系统的振动频率约为3Hz d若圆盘匀速转动的周期减小，系统 的振动频率变大 ↑Alcm 10H D.若圆盘匀速转动的周期增大，共振 小圆柱 T形支架 8卧 曲线的峰值将向左移动 2 012345f/Hz 甲 乙 解析 例题 解析 由题图乙可知，振动系统的固有频率约为3Hz,此振动系统的振动频 率等于圆盘转动的频率f1Hz0.25Hz,故A、B错误； 系统振动周期等于圆盘转动周期，频率与周期的关系f, 即周期减小， 频率变大，故C正确； 共振曲线的峰值对应频率为系统的固有频率，与驱动力频率无关，故 D错误。 例题 4.(2024·遂宁市高二月考)高铁的铁轨与普通列车的铁轨不同，高铁 铁轨的长度达到了200m,每根铁轨之间有一段缝隙，当高铁行驶 在缝隙处时，会产生一次振动。某高铁的固有振动频率为10Hz。 当高铁的车速为288km/h时，高铁振动的频率为4Hz;若增 大高铁的速度不会（填"会”或”不会”）改变高铁固有振动频 翠斯 根据题意，有f出， T 当车速为288km/h时，高铁振动的频率为0.4 Hz;高铁的固有振动频率与高铁自身有关，增大高铁的速度不会 改变高铁的固有振动频率。 解析 课堂小结 阻尼振动 阻力作用，振动减弱、振幅减小，固有频率 自由振动 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 阻尼振动 受迫振动 振动频率等于驱动力频率，与固有频率无关 受迫振动 共振：壑個，振幅最大 A 受迫振动的振幅 共振及 共振曲线 其应用 和防止 共振的应用：接近或等于痼 個 驱 共振的防止：驱远离個 本课结束 Keep Th in k ing!