2.5受迫振动 共振 课件-2026-2027学年高二上学期物理粤教版选择性必修第一册

高二—粤教版—物理—第二单元 受迫振动 共振 一、温故知新 简谐运动是一种振幅保持不变的理想化模型，振动过程机械能守恒，这种振幅不变的运动叫等幅振动. 固有周期 在没有外力干预下的简谐运动，周期仅有系统自身的性质所决定，其振动周期称为固有周期，例如单摆周期仅有系统的摆长和重力加速度所决定，那么其对应的频率称为固有频率。 二、新课导入 思考：物体摆动过程，如果不持续提供动力，物体为什么会慢下来直到停止？ 如何才能保持其初始的振荡高度，又如何让秋千荡得更高？ 但在实际生活中，如果不持续提供动力，物体在摆动的过程是会慢下来直到停止的，如何才能保持其初始震荡高度，又如何能让物体荡得更高？想要揭开这些问题，我们一起进入受迫振动的学习。 三、阻尼振动 没有阻力的弹簧振子是振幅不变的等幅振动，那在阻力不可忽略且没有持续外在动力作用下的弹簧振子，其振动图像是怎样的呢？我们来一起看一下 三、阻尼振动 简谐振动是振幅保持不变的等幅振动。然而现实中的物体振动因受到空气阻力、摩擦力等的作用，如果没有持续外加动力，振幅将逐渐减小，称为阻尼振动。 阻尼振动图像 问题：如何让物体持续振动？ 我们可以看到，在阻力不可忽略，且没有持续外加动力作用下，振幅在逐渐减小，这种振动称为阻尼振动，其振动图像如图所示。那同学们观察一下，阻尼振动的振动周期是否变化？我们在不同阶段各选取一个周期出来会发现:阻尼振动的周期是不变的，也就是振动周期或说频率，与振幅无关。那如何才能让物体持续振动呢？ 四、受迫振动 对系统施加周期性的外力，补充因阻力而损耗的机械能，以维持振动的振幅不变。这种在外界驱动力作用下的振动叫作受迫振动。 问题：受迫振动的物体的振动频率与振幅与哪些因素有关？ 振针 给物体提供周期性的外力，以补充能量来补偿其耗散的机械能，维持振动的振幅不变。这种在外界驱动力作用下的振动就叫做受迫振动。那么，做受迫振动的物体的振动频率与振幅与哪些因素有关呢？下面我们先来看受迫振动的频率的影响因素。 四、受迫振动的频率 受迫振动稳定后的频率等于驱动力的频率，与固有频率无关 理想弹簧振子的振动频率由系统，也就是振子的质量和弹簧的劲度系数所决定。那么做受迫振动的物体的频率一定是原来的固有频率吗？ 与外界的驱动力频率是否有关系？我们来看下面这一实验。 实验表明：做受迫振动的物体，其稳定后的频率等于驱动力频率，驱动力频率多大，受迫振动的频率就变为多大。 四、受迫振动的振幅 虽然受迫振动的频率与固有频率无关，但驱动力频率与固有频率的差别会影响外界向受迫振动系统输入能量的多少。那驱动力频率与固有频率的关系会如何影响振动的振幅呢？我们继续看这一实验。 驱动力的频率 五、共振 通过这一实验现象，我们可以发现，当驱动力频率与物体的固有频率差别越大，振幅就越小，当驱动率频率等于固有频率时，振幅为最大，我们把这一现象称为共振！ 五、共振 根据前面的共振现象，我们再来看这一个单摆类型的受迫振动。在驱动摆球A的摆动下，会带动上边沿这一金属片，从而使不同摆长的摆球做受迫振动。 同学们思考一下，在驱动摆球A 的驱动下，哪个摆长的小球做受迫振动的振幅最大呢？下面，我们来通过这一实验视频来揭晓答案！ 五、共振 六、共振的应用与防止 共鸣箱 《太平广记》（节选） 共振是十分普遍的现象，我国古代书籍早就有记载大量的共振现象，例如战国时期早已懂得在乐器上装共鸣箱，利用共振达到放大某一频率，同时抑制其他声音的目的。 六、共振的应用与防止 共振筛简图 共振在现代工程技术的许多领域也有所应用。例如共振筛就是利用共振现象制成的。在筛架上安装一个偏心轮，适当调节偏心轮的转速，使筛子受到的驱动力频率接近筛子的固有频率时，筛子发生共振，从而能更有效地将杂质筛除出去。 六、共振的应用与防止 然而，有些情况下则需要避免共振。例如当调节声音的频率与玻璃杯的固有频率相近时，物体会因为发生共振，振幅过大而裂开。因此需要避免。美国的塔科马海峡大桥就曾因被风驱动产生共振而使桥面剧烈扭动，最终断裂！因此，在工程设计时也要考虑共振问题。 六、共振的应用与防止 某些频率的次声波与人体器官的固有频率接近时,容易和人体器官产生共振。同学们可以查找和阅读相关资料 找出人体器官的固有频率范围，并想想能否减小或者消除引起人体器官共振的次声波的方法。 实践与拓展 然而，有些情况下则需要避免共振。例如当调节声音的频率与玻璃杯的固有频率相近时，物体会因为发生共振，振幅过大而裂开。因此需要避免。美国的塔科马海峡大桥就曾因被风驱动产生共振而使桥面剧烈扭动，最终断裂！因此，在工程设计时也要考虑共振问题。 例1.一个物体在受到扰动后可沿着直线运动，其位移x和时间t之间的关系如图所示。请问该物体的运动是否是机械振动？__________（选填“是”或“否”）。如果我们用一个周期性的外力去驱动这个物体，为了使物体运动尽可能剧烈，驱动力的频率应为__________。 是 例2．如图所示为CCTV10“我爱发明”节目中介绍的松果采摘机，松果采摘机利用机械臂抱紧树干，通过采摘振动头振动而摇动树干，使得松果脱落。下列说法正确是（　　） A．工作中，树干的振动频率小于采摘振动头的振动频率 B．采摘振动头振动频率越高，采摘落果的效果一定越好 C．采摘振动头振动频率减小，树干的振动幅度可能增大 D．若采摘振动头停止振动，树干的振动频率会逐渐减小 C B 解析：汽车以约8m/s的速度行驶时，驱动力的周期为 驱动力的频率为 2、受迫振动：系统在外界驱动力作用下的振动 3、系统做受迫振动时，振动稳定后的频率等于驱动力的频率，跟系统的固有频率无关 4、驱动力的频率等于振动系统的固有频率时，受迫振动的振幅增大，这种现象叫做共振。 5、利用共振时，应使驱动力的频率接近或等于振动系统的固有频率；防止共振时，应使驱动力的频率与系统的固有频率不同，而且相差越大越好． 1、阻尼振动：振幅越来越小的振动 七、小结 通过本节课的学习，我们从阻尼振动到受迫振动，再到共振现象，对振动有了更深入的认识。而在应用共振时，应使驱动力的频率接近或者等于振动系统的固有频率，而在防止共振时，则应使驱动力的频率与固有频率相差越大越好。 谢谢观看！ Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.3.79 EVCapture4.1.4软件录制 Lavf57.25.100 本视频由湖南一唯信息科技开发的EV录屏软件录制，www.ieway.cn Lavf58.20.100 $