高二物理选修3-4第一章第四节

1、1.4 阻尼振动受迫振动 知识与技能 1知道阻尼振动和阻尼振动中能量转化的 情况。 2知道什么是受迫振动及其产生的条件， 掌握物体做受迫振动的特点。 3认识共振现象，掌握产生共振现象的条 件。 过程与方法 1理解物体做受迫振动时其频率跟驱动力 频率的关系，以及两者接近时的振动特点。 2体会共振在生活中的应用和危害。 情感态度与价值观 培养学生把理想模型转换为实际模型的能力 和习惯，并从事例中进一步理解受迫振动。 1.如果振动系统不受外力的作用，此时的振动叫做 _振动，其振动频率称为_。 2系统克服阻尼的作用要做功，消耗_， 因而振幅_，最后停下来。这种振幅 _的振动，叫做阻尼振动。 自由 固有

2、频率 机械能 减小 逐渐减小逐渐减小 3用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。这种周期性的外力叫做 _，系统在_作用下的振动 叫做_振动。 4受迫振动的频率总等于周期性_ 的频率，与系统的固有频率_。 5驱动力频率f_系统的固有频率f0 时，受迫振动的振幅最大，这种现象叫做 _。 驱动力驱动力驱动力 受迫振动受迫振动 驱动力驱动力 无关 等于 共振 一一. .自由振动及其图象：自由振动及其图象： 1 1、自由振动（无阻尼振动）自由振动（无阻尼振动）: :系统不受外力系统不受外力作用作用， 也不受任何阻力，只在自身回复力作用下的振动也不受任何

3、阻力，只在自身回复力作用下的振动称称为自为自 由振动由振动。 2、自由振动的频率，叫做系、自由振动的频率，叫做系 统的统的固有频率固有频率。自由振动的周。自由振动的周 期叫做系统的期叫做系统的固有周期固有周期。 弹簧振子：弹簧振子： 单单 摆：摆： 固有周期和固有频率：固有周期和固有频率：由系统本身的特征决定，由系统本身的特征决定，与振幅无关。与振幅无关。 等幅振动 g l 2T k m T2 1 1、阻尼振动阻尼振动：系统振动过程中受到系统振动过程中受到阻力阻力作用，振作用，振 动逐渐消失，动逐渐消失，振动振动能量逐步转变为其他能量能量逐步转变为其他能量。这种振。这种振 动叫做阻尼振动。动叫

4、做阻尼振动。 2 2、振动系统受到的阻尼越 大，振幅减小得越快振幅减小得越快，阻 尼过大时，系统将不能发 生振动。 4 4、实际的振动一定是阻尼振动实际的振动一定是阻尼振动 二、阻尼振动及其图象：二、阻尼振动及其图象： 3 3、阻尼振动过程中：阻尼振动过程中：周期和频周期和频率不变率不变。 对应练习 1一单摆在空气中振动，振幅逐渐减小， 下列说法正确的是 () A机械能逐渐转化为其他形式的能 B后一时刻的动能一定小于前一时刻的动 能 C后一时刻的势能一定小于前一时刻的势 能 D后一时刻的机械能一定小于前一时刻的 机械能 AD 思考： 用用周期性的外力周期性的外力作用于振动系统，通过外作用于振动

5、系统，通过外 力对系统做力对系统做正功正功，补偿补偿系统机械能的损耗，系统机械能的损耗， 使系统持续地振动下去。使系统持续地振动下去。 怎样才能使受阻力的振动的物体的怎样才能使受阻力的振动的物体的 振幅不变，而一直振动下去呢？振幅不变，而一直振动下去呢？ 1 1、驱动力（又叫策动力）：、驱动力（又叫策动力）： 维持受迫振动的周期性外力维持受迫振动的周期性外力 2 2、受迫振动：、受迫振动： 物体在外界驱动力作用下的振动物体在外界驱动力作用下的振动 三三、受迫振动受迫振动 思考：思考： 物体做受迫振动时物体做受迫振动时, ,振动稳定后的频率与什么有关振动稳定后的频率与什么有关? ? 三三、受迫振

6、动受迫振动 受迫振动实例：受迫振动实例： 跳板在人走过时发生的振动跳板在人走过时发生的振动 机器底座在机器运转时发生的振动机器底座在机器运转时发生的振动 听到声音时耳膜的振动听到声音时耳膜的振动 电磁打点计时器的振针所做的振动电磁打点计时器的振针所做的振动 轮船航行时要看波浪的撞击方向而改变速度和大小轮船航行时要看波浪的撞击方向而改变速度和大小 洗衣机正常工作时的振动。洗衣机正常工作时的振动。 实际生活中持续振动的例子都是受迫振动实际生活中持续振动的例子都是受迫振动 物体做受迫振动时物体做受迫振动时, ,振动稳定后的频率振动稳定后的频率等于等于驱动力的驱动力的 频率频率, ,跟物体的固有频率无

7、关跟物体的固有频率无关。 三三、受迫振动受迫振动 3 3、规律：、规律： 三三、受迫振动受迫振动 物体做受迫振动的物体做受迫振动的振幅振幅由驱动力频率和物体的固有频由驱动力频率和物体的固有频 率共同决定：率共同决定：两者越接近，受迫振动的振幅越大，两者相两者越接近，受迫振动的振幅越大，两者相 差越大受迫振动的振幅越小。差越大受迫振动的振幅越小。 受迫振动的振幅由什么决定呢？受迫振动的振幅由什么决定呢？ 1.1.定义定义: :当当驱动力的频率驱动力的频率跟物体的跟物体的固有频率固有频率相等时，受迫相等时，受迫 振动的振动的振幅最大振幅最大，这种现象叫，这种现象叫共振共振。 2.2.条件：条件：f

8、 f驱 驱 = f = f固 固 3.3.共振曲线共振曲线: : 当当f f驱 驱= =f f固固时，振幅由最大值。 时，振幅由最大值。 f f驱 驱与 与f f固 固越 越接近接近，受迫振动的振幅越大，受迫振动的振幅越大， f f驱 驱与 与f f固 固相差 相差越远越远，受迫振动的振幅越小，受迫振动的振幅越小 发生共振时，一个周期内，外界提供的能量等于系统发生共振时，一个周期内，外界提供的能量等于系统 克服阻力做功而消耗的能量。克服阻力做功而消耗的能量。 四、共振 横轴：表示驱动力的频率横轴：表示驱动力的频率 纵轴：表示受迫振动的振幅纵轴：表示受迫振动的振幅 18311831年，一队骑兵通

9、过曼彻斯特附近的一座便桥年，一队骑兵通过曼彻斯特附近的一座便桥 时，由于马蹄节奏整齐，桥梁发生共振而断裂。时，由于马蹄节奏整齐，桥梁发生共振而断裂。 生活中的共振现象生活中的共振现象 军队过桥军队过桥便步走便步走, ,火车过桥火车过桥慢行慢行 1940 年年11月月7日美国的全长日美国的全长860米的米的Tocama 悬索桥因悬索桥因 在建成后的在建成后的4个月就个月就因风共振而坍塌因风共振而坍塌 。 生活中的共振现象生活中的共振现象 微波炉加热原理微波炉加热原理: : 食物中水分子的振动频率约为食物中水分子的振动频率约为2500MHz 2500MHz ，具有，具有 大致相同频率的电磁波称为大

10、致相同频率的电磁波称为 “微波微波” 。微波。微波 炉加热食品时，炉内产生很强的振荡电磁场，炉加热食品时，炉内产生很强的振荡电磁场， 使食物中的使食物中的水分子作受迫振动，发生共振，将水分子作受迫振动，发生共振，将 电磁辐射能转化为内能电磁辐射能转化为内能，从而使食物的温度迅，从而使食物的温度迅 速升高。速升高。微波加热是对物体内部的整体加热，微波加热是对物体内部的整体加热， 极大地提高了加热效率。极大地提高了加热效率。 生活中的共振现象生活中的共振现象 声音的共振现象共鸣 生活中的共振现象生活中的共振现象 共鸣箱共鸣箱 共振筛的原理示意图共振筛的原理示意图 生活中的共振现象生活中的共振现象

11、龙洗盆龙洗盆 古代用以盛水盥洗的器皿。传说是明朝开国皇帝朱元璋为古代用以盛水盥洗的器皿。传说是明朝开国皇帝朱元璋为 不爱洗脸的独生子，召集全国的能工巧匠打制而成，为皇子的不爱洗脸的独生子，召集全国的能工巧匠打制而成，为皇子的 专用洗盆。后成为皇亲国戚、才子佳人赏玩之物（中央电视台专用洗盆。后成为皇亲国戚、才子佳人赏玩之物（中央电视台 中国一绝中国一绝栏目曾介绍过），宫中奇宝，后来流落民间。栏目曾介绍过），宫中奇宝，后来流落民间。若若 以手摩擦两耳得法，产生共振，即可泛起水花，景象十分别致，以手摩擦两耳得法，产生共振，即可泛起水花，景象十分别致， 后成为一种民间娱乐用品。后成为一种民间娱乐用品。

12、经现代振动与波的理论分析和实验经现代振动与波的理论分析和实验 研究，这是薄壳圆柱体自激振荡时的不同振型所致。研究，这是薄壳圆柱体自激振荡时的不同振型所致。 “龙洗龙洗”是我国著名文物之一是我国著名文物之一, 现代工艺制作的仿品，在许现代工艺制作的仿品，在许 多旅游景点均可见到多旅游景点均可见到, “龙洗龙洗”也称也称“金盆洗手金盆洗手”、“聚宝盆聚宝盆”， 用青铜铸成。盆沿图案由回纹和龙纹构成，盆底有四条龙，盆用青铜铸成。盆沿图案由回纹和龙纹构成，盆底有四条龙，盆 沿有两只盆耳，倒了些清水到沿有两只盆耳，倒了些清水到“龙洗龙洗”中，用手掌慢慢地去摩中，用手掌慢慢地去摩 擦盆边的提耳，霎时间，铜

13、盆便可以发出嗡嗡之声，其中盛的擦盆边的提耳，霎时间，铜盆便可以发出嗡嗡之声，其中盛的 水便会起雾、震荡、溅起层层浪花，随着摩擦越来越快，水花水便会起雾、震荡、溅起层层浪花，随着摩擦越来越快，水花 也越冲越高也越冲越高. 生活中的共振现象生活中的共振现象 龙龙 洗洗 盆盆 共振的防止和应用共振的防止和应用 1 1、防止、防止 使驱动力的频率与物体的固有频率使驱动力的频率与物体的固有频率不同不同， 而且相差越大越好而且相差越大越好。 2 2、应用、应用 使驱动力的频率使驱动力的频率接近接近或或等于等于振动物体的振动物体的 固有频率。固有频率。 为什么：登山运动员登山时严禁大声喊叫为什么：登山运动员

14、登山时严禁大声喊叫? 因为喊叫声中某一频率若正好与山上积雪的固有频率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，就会因共振而引起雪崩，其后果十分严重。相吻合，就会因共振而引起雪崩，其后果十分严重。 1.如图所示，五个摆悬挂于同一根绷紧的水平绳上，如图所示，五个摆悬挂于同一根绷紧的水平绳上，A是摆是摆 球质量较大的摆，让它摆动后带动其他摆运动，下列结论球质量较大的摆，让它摆动后带动其他摆运动，下列结论 正确的是（正确的是（ ） A其他各摆的振动周期与其他各摆的振动周期与A摆的相同摆的相同 B其他各摆的振动周期不同，其他各摆的振动周期不同，D摆周期最大摆周期最大 C其他各摆的振幅不同，

15、其他各摆的振幅不同，E摆的振幅最大摆的振幅最大 D其他各摆的振幅都相等其他各摆的振幅都相等 2.火车在铁轨上匀速行驶，每根铁轨长火车在铁轨上匀速行驶，每根铁轨长12.5m，某旅客在小，某旅客在小 桌上放了一杯水，桌上放了一杯水， 杯中水晃动的固有频率是杯中水晃动的固有频率是2Hz 当火车行当火车行 驶速度多大时，驶速度多大时， 杯中水的晃动最厉害杯中水的晃动最厉害? 解：驱动力的周期为解：驱动力的周期为L/v, 则驱动力的频率则驱动力的频率 f驱 驱=v/L， ， 由共振条件：由共振条件： f驱 驱 = f固固 知知 v=f固 固L=25m/s=90km/h 小结小结 2、受迫振动：、受迫振动：物体在物体在周期性驱动力周期性驱动力作用下的振动。作用下的振动。 物体做受迫振动时，物体做受迫振动时，振动稳定后的频率等于驱动力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。的频率，跟物体的固有频率无关。 3、共振、共振: 当当驱动力的频