受迫运动共振课件-高二上学期物理人教版选择性

2.6受迫振动

共振

“洗”是古代盥洗用的脸盆，多用青铜铸成，现代亦有许多仿制的工艺品。倒些清水在其中，用手掌慢慢摩擦盆耳，盆就会发出嗡嗡声，到一定节奏时还会溅起层层水花。这是为什么？问题？问题2：单摆的周期公式是什么？问题1：弹簧振子周期公式是什么？

通过对弹簧振子及单摆的研究，我们知道弹簧振子与单摆在没有外力干预的情况下做简谐运动，周期或频率于振幅无关。一、固有振动和固有频率定义：如果振动系统不受外力的作用，此时的振动叫做固有振动，其频率称为固有频率注意：系统的固有频率由系统本身决定，与振幅大小无关。如果振动系统受到外力作用，它将如何运动？

由于实际的振动系统都会受到摩擦力、粘滞力等阻碍作用，振幅必然逐渐减小。二、振动的能量损失为什么摇曳的树叶会停下来？摆动的秋千为什么会停止运动？①定义：振幅随时间逐渐减小的振动称为阻尼振动。②图像：③阻尼振动的能量：振动系统能量衰减。1.阻尼振动

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。④能量衰减的两种方式（1）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）由于振动系统引起邻近介质中质点的振动，使能量向四周辐射出去，从而自身机械能减少。例

(多选)下列说法中正确的是(

)A、阻尼振动的振幅不断减小B、阻尼过大时，系统将不能发生振动C、由于阻尼振动的振幅逐渐减小，所以周期也会逐渐减小D、如果物体做阻尼振动时，随着振幅的减小，频率也会减小AB

根据图像可知阻尼振动最终要停下来，那么怎样才能产生持续的振动呢？【提示】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，使振动系统维持下去。1.驱动力:作用于振动系统的周期性的外力。2.受迫振动:系统在驱动力作用下的振动叫作受迫振动。受迫振动的频率与什么有关呢？三、受迫振动机械运转时底座发生的振动扬声器纸盆的振动做一做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。

接通电源，使钩码做受迫振动，记录驱动力的频率和钩码振动的频率。改变驱动力的频率，再做记录。钩码做受迫振动的频率与驱动力的频率有什么关系？3.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。例

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．开始时不转动摇把，而让振子上下自由振动，测得其频率为2Hz，然后匀速转动摇把，转速为240r/min，当振子振动稳定时，其振动周期为(

)A．4s

B．2sC．0.25s D．0.5sC

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？

做一做如图，铁甲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的摆球质量大于其它摆球。使D摆偏离平衡位置释放后，D摆在振动中通过横梁对其它几个摆施加周期性的驱动力。在振动稳定后比较各摆的振幅。四、共振现象及其应用②当驱动力的频率与物体的固有频率相等时，受迫振动的振幅最大。通过实验会发现，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。做受迫振动的特点：①驱动力的频率与物体固有频率相差越小，受迫振动的振幅越大；1.共振:当驱动力频率等于固有频率时，物体做受迫振动的振幅达到最大值，这种现象称为共振。2.条件：驱动力的频率等于系统的固有频率。3.特点:共振时受迫振动的振幅达到最大。4.共振曲线:纵轴表示受迫振动的振幅，横轴表示与驱动力频率，f0为物体的固有频率。四、共振现象及其应用5.结论：驱动力的频率f

越接近振动系统的固有频率f0，受迫振动的振幅越大，反之振幅越小。

共振是十分普遍的现象，在工程技术的许多领域都可以观察到它，都要应用它，例如：有什么办法防止共振？尽量使驱动力的频率与固有频率间的差距增大有弊洗衣机启动和停止时，随着电机转速的变化，有时洗衣机会振动得很厉害。有利将钢片安装在支架上制作转速计，读出钢片的固有频率，就可以知道机器的转速。6.共振的防止

1940年，美国的全长860米的塔柯姆大桥在建成后的4个月就因风共振而倒塌军队过桥便步走，火车过桥慢行

1831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。

美国有一农场农妇，习惯于用吹笛的方式招呼丈夫回家吃饭，可当她有一次吹笛时，居然发现树上的毛毛虫纷纷坠地而死，惊讶之余，她到自己的果园吹了几个小时，一下子将果树上的毛毛虫收拾的一干二净，究其原因，还是笛子发出的声音引起毛毛虫内脏发生剧烈共振而死亡。生活中的共振现象名称

简谐运动阻尼振动受迫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频率不变驱动力频率振幅不变减小大小变化不确定简谐运动、阻尼振动与受迫振动的比较振动图象形状不确定实例弹簧振子振动，单摆做小角度摆动敲锣打鼓发出的声音越来越弱扬声器纸盆振动发声、钟摆的摆动判断1、受迫振动的频率等于振动系统的固有频率（

）2、驱动力频率越大，振幅越大（

）3、生活中应尽量使驱动力的频率接近振动系统的固有频率（

）4、驱动力频率越小，振幅越小（

）5、驱动力的频率f越接近振动系统的固有频率f0，受迫振动的振幅

越大，反之振幅越小（

）×√×××练习1：

如图所示，在一根张紧的绳子上挂几个摆，其中A、B的摆长相等。先让A摆振动起来，B、C、D三个摆随后也跟着振动起来，则稳定时（）A、三个摆振动的振幅大小相等B、B摆的振动周期最大，D摆的振动周期最小C、三个摆的振幅大小不同，B摆的振幅最大D、D摆的振动周期最大，C摆的振动周期