2.6 受迫振动 共振 课件 高二物理人教版（2019）选择性必修1

第6节

受迫振动共振第二章

机械振动思考：你知道为什么大钟会无缘无故地鸣响吗？东汉以后三国纷争年代，有一天，魏都洛阳宫殿前面的一口大钟，突然无缘无故地鸣响起来，满朝文武议论纷纷，有的以为是不祥之兆,也有人乘机献媚，把它说成是祥瑞。1、知道什么是阻尼振动和受迫振动，会用能量观点分析阻尼振动的振幅变化和受迫振动的共振现象。2、通过实验认识固有频率、驱动力频率与振动频率之间的区别和联系，了解产生共振的条件，认识共振是受迫振动的种特殊情况。3、能够根据实际生活中的振动特点，应用振动的规律解释与解决相关问题。知识点一、振动中的能量损失1.固有振动思考：让单摆、弹簧振子自由振动，忽略空气阻力，则单摆，弹簧振子做什么运动？单摆，弹簧振子做简谐运动，周期或频率与振幅无关，仅由系统自身的性质决定。（1）固有振动:简谐运动的周期或频率与振幅无关,仅由系统自身的性质决定,我们把这种振动称为固有振动。

（2）固有频率:物体固有振动时的频率仅有系统自身的性质决定,称固有频率。2.阻尼振动（1）阻尼振动:振幅随时间逐渐减小的振动称为阻尼振动。（摇曳的树叶会停下来，摆动的秋千也会停止运动）（2）实际的振动一定是阻尼振动。由于实际的振动系统都会受到摩擦力、黏滞力等阻碍作用，振幅必然逐渐减小。思考：阻尼振动中你知道振动系统能量衰减的方式是有哪些吗？（3）振动系统能量衰减的两种方式①一种是由于振动系统受到摩擦阻力的作用，使振动系统的机械能逐渐转化为内能。例如单摆运动时受到空气的阻力。②另一种是由于振动系统引起邻近介质中各质点的振动，使能量向四周辐射出去，从而自身机械能减少。例如音叉发声时，一部分机械能随声波辐射到周围空间，导致音叉振幅减小。（1）振动系统受到的阻尼越大，振幅减小得越快，阻尼过大时，系统将不能发生振动。（2）阻尼振动的振幅是逐渐减小的，但是它的频率是不发生变化的，频率与振幅是无关的。特别提醒！练一练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（）A．振动过程中周期变小B．摆球P时刻的机械能大于N时刻的机械能C．摆球P时刻的动能等于N时刻的动能D．小球在P时刻和N时刻，受到绳子拉力的大小相等B2.如图所示是单摆做阻尼振动的位移—时间图线，下列说法中正确的是（）A．摆球在P与N时刻的势能相等B．摆球在P与N时刻的动能相等C．摆球在P与N时刻的机械能相等D．摆球在P时刻的机械能小于在N时刻的机械能A思考：阻尼振动最终要停下来，那么怎样才能产生持续的振动呢？知识点二、受迫振动1.驱动力对振动系统施加的周期性的外力，这种周期性的外力叫作驱动力。2.受迫振动系统在驱动力作用下的振动，叫作受迫振动。（机器运转时底座发生的振动、扬声器纸盆的振动，都是受迫振动）产生持续的振动最简单的办法是使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。实验：研究受迫振动的频率如图，架子上面的电动机向下面的两组弹簧—钩码系统施加周期性的驱动力，使钩码做受迫振动。改变电动机的转速可以调整驱动力的频率。思考：物体做受迫振动时，振动稳定后的频率与什么有关？受迫振动物体的频率由什么决定？研究受迫振动的频率视频（1）接通电源，使钩码做受迫振动，观察记录驱动力的频率和钩码振动的频率。（2）改变驱动力的频率，再做记录。实验结论：（1）物体做受迫振动达到稳定后，物体振动的频率等于驱动力的频率，与物体的固有频率无关。（2）驱动力的频率与系统的固有频率相差越小，振幅越大，相差越多，振幅越小。知识点三、共振现象及其应用做一做：如图，铁架横梁上挂着几个摆长不同的摆。其中，A与D、G的摆长相同，D的摆球质量大于其他摆球。使D摆偏离平衡位置后释放，D摆在振动中通过横梁对其他几个摆施加周期性的驱动力。在振动稳定后比较各球的振幅。实验现象：通过观察会发现，固有频率与D摆相同的A摆、G摆振幅最大，固有频率与D摆相差较多的C摆、E摆振幅最小。小球共振实验视频实验结论：物体在做受迫振动时，驱动力的频率与物体的固有频率相差越小，受迫振动的振幅越大；当驱动力的频率与物体的固有频率相等时，受迫振动的振幅达到最大。1.共振（1）驱动力的频率接近物体的固有频率时，受迫振动的振幅增大，这种现象叫做共振。（2）共振曲线直观地反映了物体做受迫振动的振幅与驱动力频率的关系。①当驱动力的频率f偏离固有频率f0较大时,受迫振动的振幅较小；②当驱动力的频率f等于固有频率f0时,受迫振动的振幅最大；③共振曲线上除峰值外,其他某一振幅都对应两个驱动力频率。2.共振的应用与防止（1）应用实例：共振筛、共鸣箱共振筛共鸣箱1940年，美国的全长860米的塔柯姆大桥因大风引起的共振而塌毁。（2）共振的防止①在桥梁、码头等各种建筑的设计施工中，以及飞机、汽车、轮船的发动机等机器设备的设计、制造、安装中，都必须考虑防止共振产生的危害，以保证建筑和设备的安全。②防止实例：机器运转时为了防止共振要调节转速在振动物体底座加防振垫军队或火车过桥时要放慢速度或便步走。1.如图所示，曲轴上挂一个弹簧振子，转动摇把，曲轴可带动弹簧振子上下振动。开始时不转动摇把，让振子自由振动，测得其频率为2Hz。现匀速转动摇把，转速为240r/min。则（）A．当振子稳定振动时，它的振动周期是0.5sB．当振子稳定振动时，它的振动频率是4HzC．当转速增大时，弹簧振子的振幅增大D．当转速减小时，弹簧振子的振幅不变B练一练2.一个单摆做受迫振动，其共振曲线（振幅A与驱动力的频率f的关系）如图所示，则（）A．此单摆的固有周期约为0.5sB．此单摆的摆长约