《受迫振动与共振》课件1.ppt

1、,第1章 机械振动,1.4 受迫振动与共振,1.知道阻尼振动和无阻尼振动并能从能量的观点给予说明. 2.知道受迫振动的概念，知道受迫振动的频率等于驱动力的频率，而跟振动物体的固有频率无关. 3.理解共振的概念，知道常见的共振的应用和危害.,学习目标定位,知识储备区,知识链接,2.能量损失 动能 势能,知识储备区,3.阻力 振幅 阻尼 4.周期性 驱动 驱动 受迫 5.固有频率 6.受迫振动 驱动力 固有频率 7.相等 共振,新知呈现,学习探究区,一、振动中的能量损失,二、受迫振动,三、共振及其产生的条件,一、振动中的能量损失,问题设计,1.在研究弹簧振子和单摆振动时，我们强调忽略 阻力的影响，

2、它们做的振动都属于简谐运动.如 图1所示，置于空气中的弹簧振子振动时，它的 振幅有没有变化？它会一直振动下去吗？,图1,答案振子在空气中振动时，振幅缓慢减小， 最终会停止振动.,2.若将振子浸没在水中，振子的振动情况有什么明显变化？ 答案振子在水中振动时，会发现振幅明显减小，振动很快停止.,要点提炼,1.对阻尼振动的理解 (1)同一简谐运动能量的大小由 的大小确定. (2)阻尼振动中振幅减小的快慢跟所受 的大小有关， 越大，振幅减小得越快.,振幅,阻尼,阻尼,(3)物体做阻尼振动时，振幅虽不断减小，但振动的频率仍由自身结构特点所决定，并不会随振幅的减小而变化.例如，用力敲锣，由于锣受到空气的阻

3、尼作用，振幅越来越小，锣声减弱，但音调不变. (4)阻尼振动若在一段不太长的时间内振幅没有明显的减小，可以把它当作简谐运动来处理.,2.阻尼振动和无阻尼振动的比较,越来越小,不变,例1一单摆做阻尼振动，则在振动过程中() A.振幅越来越小，周期也越来越小 B.振幅越来越小，周期不变 C.在振动过程中，通过某一位置时，机械能始终不变 D.在振动过程中，机械能不守恒，周期不变,解析该题考查阻尼振动的能量和周期.因单摆做阻尼振动，所以振幅越来越小，机械能越来越小，振动周期不变.,BD,问题设计,二、受迫振动,如图2所示，若把弹簧振子挂在曲轴上，然 后均匀转动曲轴，等到振动稳定后发现振幅 不会减小，而

4、且弹簧振子的频率与曲轴转动 频率相等.当改变曲轴转动频率时，振子的频 率也随之发生变化.,图2,(1)为什么振子的振幅不会减小？ 答案因为驱动力对其做功，周期性的补充能量，故振子的振幅不会减小. (2)振子受迫振动的频率与振子的固有频率、驱动力的频率之间有什么关系？ 答案振子受迫振动的频率与驱动力的频率相等，与振子的固有频率无关.,要点提炼,1.受迫振动 加在振动系统上的 外力，叫做驱动力.系统在驱动力作用下的振动叫做受迫振动. 2.受迫振动的周期和频率 物体做受迫振动时，振动稳定后的频率等于 的频率，跟物体的 无关.,周期性,驱动力,固有频率,例2如图3所示，曲轴上悬挂一弹簧振子， 转动摇把

5、，曲轴可以带动弹簧振子上下振 动.开始时不转动摇把，让振子上下自由振 动，测得振动频率为2 Hz，然后匀速转动摇 把，转速为240 r/min，当振子振动稳定后，它的振动周期为() A. s B. s C.2 s D.4 s,图3,解析受迫振动的周期等于驱动力的周期， 故T s s.,B,问题设计,三、共振及其产生的条件,如图4所示，几个不同的单摆悬挂在同一根 较粗的绳子上，其中A、D摆长相等，使A 摆摆动起来后，A摆的振动带动绳子做同样 频率的晃动，就给了其他几个摆周期性变 化的驱动力，使它们都振动起来.,图4,(1)B、C、D、E摆振动的频率是否相等？等于什么？ 答案B、C、D、E摆振动的

6、频率都相等，等于A的振动频率. (2)可观察到D的振幅最大，由此得出什么结论？ 答案当驱动力频率跟物体固有频率相等时，物体做受迫振动的振幅最大.,要点提炼,1.共振的条件 驱动力的频率与物体的 相等，即f . 2.共振曲线 如图5所示，共振曲线的横坐标为驱动力的 频率，纵坐标为受迫振动物体的振幅. 由共振曲线可知，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 .,图5,固有频率,f固,最大,3.共振的利用与防止 (1)利用：由共振的条件知，要利用共振，就应尽量使驱动力的频率与物体的固有频率一致.如：共振筛、荡秋千、共振转速计等. (2)防止：由共振曲线可知，在需要防止共振危害时，要尽

7、量使驱动力的频率与固有频率不相等，而且相差越大越好.如：部队过桥应便步走.,4.固有振动、受迫振动、共振的比较,例3铺设铁轨时，每两根钢轨接缝处都必须留有一定的间隙，匀速运行的列车经过轨端接缝处时，车轮就会受到一次冲击.由于每一根钢轨长度相等，所以这个冲击力是周期性的，列车受到周期性的冲击做受迫振动.普通钢轨长L为12.6 m，列车固有振动周期T为0.315 s.下列说法正确的是() A.列车的危险速率为40 m/s B.列车过桥需要减速，是为了防止列车与桥发生共振现象 C.列车运行的振动频率和列车的固有频率总是相等的 D.增加钢轨的长度有利于列车高速运行,解析对于受迫振动，当驱动力的频率与固

8、有频率相等时将发生共振现象，所以列车的危险速率v 40 m/s，A正确. 为了防止共振现象发生，过桥时需要减速，B正确. 为了保证列车行驶的安全，应使其振动频率和列车的固有频率不相等，C错. 由v 可知，L增大，T不变，v变大，所以D正确. 答案ABD,课堂要点小结,受 迫 振 动 与 共 振,阻尼振动,特征：振幅递减 能量转化：机械能转化为内能,固有振动,固有频率：由系统本身决定 振幅不变：机械能不变,受迫振动,驱动力 受迫振动的频率等于驱动力的频率,共振,条件：ff固 特点：受迫振动的振幅最大 共振现象的利用和防止,自我检测区,1.如图6所示，当A振动起来后，通过绷紧 水平绳迫使B、C振动起来，下列说法正 确的是() A.A、B、C三个单摆的周期均相同 B.只有A、C两个单摆周期相同 C.A、B、C三个单摆的振幅相同 D.B的振幅比C的振幅小,图6,解析B、C两个单摆都在A的作用下做受迫振动.故B、C的周期都与A的周期相等，故A正确； A与C摆长相等，即固有频率相等，C摆达到共振所需的条件，振幅比B的大，故选项D正确. 答案AD,2.2011年3月11日，日本发生了里氏9.0级大地震，导致很多房屋坍塌，场景惨不忍睹，就此事件，下列说法正确的是() A.所有建筑物振动周期相同 B.所有建筑物振幅相同 C.建筑物的振