25生活中的共振课件高二上学期物理选择性

第二章

机械振动第五节

生活中的共振新课导入

然而，实际生活中的各类振动，往往存在振动阻力或其他外力的影响。这种情况下，物体振动有怎样的特点呢?本节我们将学习阻尼振动、受迫振动以及共振的相关知识，

振动现象在自然界和日常生活中广泛存在。弹簧振子和单摆皆属于理想模型，振动过程中系统的机械能守恒，振幅不变。1.了解受迫振动、阻尼振动、固有频率的概念2.知道受迫振动的频率由驱动力的频率决定3.了解共振的概念，知道发生共振的条件4.了解共振的防止和应用学习目标阻尼振动新课导入

生产生活中，如果想让物体尽快停止振动，需增大阻力。例如，汽车在凹凸不平路面行驶时会发生剧烈震动，通过减震器增大阻力汽车上的减震器自行车上的减震器新课讲解

对于一个振动系统，若振动物体偏离平衡位置后，仅在回复力作用下振动，这种振动就是自由振动。

汽车上的减震器之所以不能持续振动，是因为它们在振动过程中受到阻力，使振动逐渐减弱。

由于存在阻力，振动物体需不断克服阻力做功，系统的机械能不断减小，导致振幅不断减小，直至停止振动。物理学中，把振幅不断减小的振动称为阻尼振动。新课讲解阻尼振动新课讲解阻尼振动的图像思考：无阻尼振动是不是不受任何阻力的振动？【提示】物体做无阻尼振动，并不一定指它不受阻力，而是指它在振动过程中保持振幅不变。新课讲解阻尼振动的图像拓展振动中的能量损失思考：你用力敲锣，注意听其音调，在响度减小的过程中，体验其音调是否变化。并分析思考为什么会这样。【提示】用力敲锣，由于锣受到阻尼作用，振幅越来越小，锣声减弱（响度减小），但音调不变（频率不变）。这是因为，物体做阻尼振动时，振幅虽然不断减小，但振动的频率仍由振动系统的结构特点所决定，并不会随振幅的减小而变化。振动系统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内能。（2）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。音叉振动辐射能量小试牛刀(1)做阻尼振动的物体因克服阻力做功，它的机械能逐渐减小。(

)(2)阻力越大，物体的振幅减小的越快。(

)(3)阻尼振动振幅逐渐减小时，其固有频率也逐渐减小。(

)×√√受迫振动与共振情景导入1.阻尼振动最终要停下来，那么怎样才能产生持续的振动呢？2.通过刚才的视频，你可以想到的一个最简单的办法是什么？新课讲解

用周期性的外力作用于振动系统，补偿系统机械能的损耗，使系统持续地振动下去受迫振动：在

周期性外力

作用下产生的振动驱动力：

为了获得稳定的振动，通常需要给振动物体施加一个

周期性的外力

，这种

周期性的外力

称为驱动力。

如为使秋千稳定荡漾，定期推动秋千的力；为使振针稳定打点，带动振片振动的电磁力（交流电产生的周期性变化的力）；●●●●●●实验探究影响受迫振动周期的因素①安装好实验装置（如图），用力拉弹簧振子到合适位置，释放振子，测量振子的周期T1，一段时间后振子停止运动；说明振子运动时存在阻力。（阻尼振动）②匀速转动摇把，摇把对弹簧振子施加周期性的驱动力，使振子做受迫振动，记录摇把的周期T2，振子振动的周期T3。实验探究物体做受迫振动时，振动稳定后的周期(或频率)总等于

驱动力

的周期(或频率)，与物体的固有周期(或固有频率)无关。③改变摇把的转速，重复步骤②。将弹簧振子做受迫振动的周期与弹簧振子的固有周期、摇把转动的周期进行比较，找出弹簧振子做受迫振动的周期变化规律。研究受迫振动的频率简谐运动、阻尼振动与受迫振动的区别振动类型比较项目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固有频率驱动力频率振幅不变减少大小变化不确定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，是因振幅越来越小扬声器纸盆振动发声，钟摆的摆动在上述实验中，当摇把转动的周期越接近弹簧振子的固有周期时，弹簧振子的振幅有什么变化?弹簧振子做受迫振动的振幅越大物体做受迫振动时，驱动力的周期会对振幅产生怎样的影响？新课讲解

当驱动力的周期(或频率)与物体的固有周期(或固有频率)相等时，受迫振动的

达到最大，这种现象称为共振。(1)定义：(2)条件：(3)共振曲线：受迫振动的振幅与驱动力频率的关系如图所示。f＝f固时发生共振；f>f固或f<f固时振幅较小。f与f固相差越小，振幅越大。驱动力的周期(或频率)

物体的固有周期(或固有频率)。横轴：表示驱动力的频率纵轴：表示受迫振动的振幅共振振幅等于小试牛刀1.(多选)下列说法中正确的是A.有阻力的振动称为受迫振动B.物体振动时受到外力作用，它的振动就是受迫振动C.物体在周期性外力作用下的振动称为受迫振动D.物体在周期性外力作用下振动，它的振动频率最终等于驱动力频率√√小试牛刀2.如图所示的装置中，弹簧振子的固有频率的是4Hz，现匀速转动把手，给弹簧振子以周期性的驱动力，测得弹簧振子振动达到稳定时的频率为1Hz，则把手转动的频率为

A.1Hz B.3HzC.4Hz D.5Hz√小试牛刀3.(多选)(来自教材)如图所示是一弹簧振子做受迫振动时的振幅与驱动力频率的关系，由图可知

A.假如让振子自由振动，它的频率为f2B.驱动力的频率为f2时，振子处于共振状态C.驱动力的频率为f3时，振子的振动频率为f3D.振子做自由振动时，频率可以为f1、f2和f3√√√小试牛刀4.(多选)如图所示，A、B、C、D四个单摆的摆长分别为L、2L、L、

，摆球的质量分别为2m、2m、m、

，四个单摆静止地悬挂在一根水平细线上。现让A振动起来，通过水平细线迫使B、C、D也振动起来，则下列说法正确的是A.B、C、D中B的摆长最长，振幅最大B.B、C、D中C的振幅最大C.B、C、D中因D的质量最小，故其振幅是最大的D.A、B、C、D四个单摆的周期均相同√√共振的应用与防止新课讲解共振的应用在应用共振时，应使驱动力频率接近或等于振动系统的

，振动将更剧烈。

通过调节振动锤头的振动频率，使其等于或接近水泥路面的固有频率，从而使锤头下的水泥路面因局部范围产生共振而被击碎。这种路面共振破碎机具有破碎效率高、破碎深度大等特点。固有频率新课讲解在防止共振时，驱动力频率与系统的

相差越大越好。

轮船航行时，常会受到周期性的海浪冲击而摆动，如果海浪冲击力的频率与轮船的固有频率相同，就会发生共振，轮船可能会剧烈摇摆甚至倾覆。

通过改变轮船的航向和速率，使海浪冲击力的频率与轮船的固有频率相差很大，以此防止共振发生。固有频率共振的防止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。

集体列队经过桥梁时要便步走，以防对桥梁形成的周期性驱动力使桥梁发生共振。小试牛刀(1)做受迫振动的物体其频率由自身决定。(

)(2)驱动力的频率越大振动物体振幅越大。(

)(3)共振的条件是驱动力的频率等于物体的固有频率。(

)×√×

①

阻尼振动

振动系统受到摩擦力、粘滞力等阻碍作用，振幅必然逐渐减小.这种振幅随时间逐渐减小的振动称为阻尼振动.

受迫振动

系统在驱动力作用下的振动称为受迫振动.

做受迫振动的物体，它的频率等于驱动力的频率，与物体的固有频率无关.本课小结12系统克服阻力做功，振动系统能量逐渐减小受迫振动的振幅最大的现象

1共振

（1）共振的条件：驱动力的周期（或频率）与物体的固有周期（或固有频率）相等，f驱

=f固.

（2）共振的利用与防止

①利用：在应用共振时，使驱动力的频率接近或等于振动系统的固有频率.如路面共振破碎机、音叉共鸣箱、共振筛、共振转速计等.

②防止：在防止共振时，使驱动力的频率与系统的固有频率相差越大越好.如：不对过桥应便步走、火车过桥要减速等.本课小结3当堂检测1.（多选）一个单摆在地面上做受迫振动，其共振曲线如图所示，则(

)A.此单摆的固有周期为0.5秒B.此单摆的摆长约为1mC.此单摆的固有频率为0.5HzD.若摆长增大，共振曲线的峰将向右移动，且单摆的固有频率增大BC解析：ABC.当受迫振动的振幅最大时，驱动力的频率等于单摆的固有频率，由图可知，单摆的固有频率

,故有周期为

，又有

，解得

，故A错误，BC正确；D.根据

，若摆长增大，则单摆的固有频率变小，共振曲线的峰将向左移动，故D错误。故选BC。2.近些年，科学家们逐步对极地进行开发和探索，由于极地大面积被冰雪覆盖，开发和探索的进度受到影响，为了加快进度发明了共振破冰船，如图所示.破冰船利用专用传感器感应冰面的振动反馈，自动调节锤头振动频率.当冰层与锤头发生共振时，可以大幅提高破冰效率.结合所学知识，下列说法正确的是(

)A.锤头振动频率越高，冰层的振动幅度越大，破冰效果越好B.破冰效果最好时，锤头的振动频率等于冰层的固有频率C.破冰船停止工作后，冰层余振的振幅越来越小，频率也越来越小D.对于不同冰层，破冰效果最好时，锤头的振动频率相同B解析：当锤头的频率等于冰层固有频率时，冰层的振幅最大，当锤头的频率小于冰层固有频率时，随着锤头的频率增大，冰层振幅增大，当锤头的频率大于冰层固有频率时，随着锤头的频率增大，冰层振幅减小，故A错误，B正确；破冰船停止工作后，冰层余振的振幅越来越小，但频率不变，故C错误；对于不同冰层，破冰效果最好时，锤头的振动频率等于冰层的固有频率，不同冰层固有频率不一定相同，所以锤头的振动频率不一定相同，故D错误.3.如图甲，把一个筛子用四根弹簧支撑起来，筛子上装一个电动偏心轮，它每转一周，给筛子一个驱动力，这就做成了一个共振筛，该共振筛的共振曲线如图乙所示，已知仅增大电压，可使偏心轮转速提高；仅增大筛子质量，可增大筛子的固有周期。现在，在某电压下偏心轮的转速是2r/s，则(

)A.筛子现在振动的频率为0.8HzB.共振筛的固有频率为0.8HzC.仅增大电压，可以使筛子振幅增大D.仅增大筛子质量，可以使筛子振幅增大B解析：B.由题图可知，该共振筛振幅最大的时候，其频率为0.8Hz，即发生共振的频率为0.8Hz，也就是说共振筛的固有频率为0.8Hz，故B项正确；A.由于现在偏心轮的转速为2r/s，其频率为筛子做受迫运动，所以其筛子此时的频率为2Hz，故A项错误；C.由之前的分析可知，此时筛子的频率为2Hz，而由题意可知，电压增加，则频率增加，则筛子固有频率和驱动力频率的差值变大，筛子振幅减小，故C项错误；D.由图可知，筛子固有频率为0.8Hz，增加筛子质量，筛子的固有周期增大，则固有频率减小，则固有频率和驱动力频率的差值变大，筛子振幅减小，故D项错误。故选B。4.如图甲所示装置，竖直圆盘静止时，小球在竖直方向上做简谐运动的振动图像如图乙所示.竖直圆盘绕固定轴转动时，固定在圆盘上的小圆柱带动T形支架在竖直方向运动，从而使小球从静止开始上下振动.下列说法正确的是(

)A.圆盘转动越快，小球振动的振幅越大B.若圆盘以12r/min匀速转动，增大圆盘转速，则小球振幅一定增大C.若圆盘以30r/min匀速转动，小球振动达到稳定时其振动的周期为4sD.若圆盘以15r/min匀速转动，增大圆盘转速，则小球振幅一定减小D解析：由题图乙可知小球做简谐运动的固有周期为

，圆盘转动带动小球做受迫振动，当驱动力的周期接近固有周期时，小球振动的振幅增大，故圆盘转动越快，小球振动的振