受迫振动共振课件-高二上学期物理人教版选择性

第二章机械振动2.6受迫振动共振目录14振动中的能量损失小结和练习2受迫振动2共振现象及其应用?问题导入“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？振动中的能量损失011固有振动

弹簧振子和单摆在没有外力干预的情况下做简谐运动，周期或频率与振幅无关，仅由系统自身的性质决定。如果振动系统不受外力的作用，此时的振动叫作固有振动，其振动频率称为固有频率。2阻尼振动弹簧振子和单摆是理想化的模型，其中一个理想化的条件就是忽略阻力，如果考虑到阻力的影响，弹簧振子和单摆的运动会是什么样的？系统的能量如何变化？振幅越来越小，系统的机械能减少，最后停止振动。2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，振动系统最初所获得的能量，在振动过程中必然因需要不断克服阻力做功而逐渐减小，导致振幅幅度逐渐衰减。这种振幅随时间逐渐减小的振动称为阻尼振动。阻尼振动的振动图像应该是怎样的呢，试着画一下？2阻尼振动阻尼振动的图像2阻尼振动思考：阻尼振动中，由于存在阻力，振幅不断减小，故振动系统的机械能将不断减少，那么，振动系统的周期和频率也会发生变化吗？TTT振动的周期和频率不变。例如敲响的音叉和铜锣，最终会停止响动，但是音调始终不变。3振动能量实际振动的理想化：当阻尼很小时，在不太长的时间内看不出振幅有明显的减小，于是可以把它当成简谐运动来处理。阻尼振动的特点：（1）振幅随时间逐渐减小，振动系统受到的阻尼越大，振幅减小得越快，当阻尼过大时，系统将不再发生振动；（2）振动系统的机械能逐渐减少，最终要停下来；（3）振动的频率或周期不变；3振动能量衰减的方式振动系统能量衰减的方式通常有两种：1．一种是由于摩擦阻力的存在，例如弹簧振子和单摆周围空气等介质的阻力和支撑面的摩擦力作用，使振动的机械能逐渐转化为内能；2．一种是由于振动系统引起邻近介质中各质点的振动，振动向外传播出去，使能量以波动的形式向四周“辐射”，从而自身的机械能减少。例如音叉在振动时，不仅要克服阻力做功而消耗能量，同时还因为“辐射”声波而损失能量。3振动能量衰减的方式实际生活中振动系统都会受到阻力作用，振动的能量总会减少，振动终会停下来。那么有什么办法能让振动持续存在呢？受迫振动021实际生活中，由于阻尼作用振动终会停止，要维持系统的持续振动，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，使系统的振动持续下去。受迫振动1作用于振动系统的这种周期性外力叫作驱动力，系统在驱动力作用下的振动叫作受迫振动。受迫振动思考：物体做受迫振动时，振动稳定后频率是否还是振动系统的固有频率？1研究受迫振动的频率受迫振动如图所示，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，使钩码做受迫运动。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？1研究受迫振动的频率受迫振动实验结果表明：物体做受迫振动达到稳定后，物体的振动频率等于驱动力的频率，与物体的固有频率无关。共振现象及其应用031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？受迫振动的振幅1做一做

如图，在铁架横梁上挂着几个摆长不同的摆。受迫振动的振幅①几个小球的固有频率的大小关系是怎样的？②振动稳定后，这几个球的振动频率的大小关系是怎样的？③振动稳定后，这几个球的振幅的大小关系是怎样的？1结论：

驱动力的频率与振动物体的固有频率相差越小，受迫振动的振幅越大；驱动力的频率等于振动物体的固有频率时，受迫振动振幅最大。受迫振动的振幅2共振

如图所示，为受迫振动的振幅A

与驱动力频率f

之间的关系，f0

为物体的固有频率。当驱动力的频率等于系统的固有频率时，物体做受迫振动的振幅达到最大值，这种现象称为共振。2共振简谐运动、阻尼振动、受迫振动、共振的对比简谐运动阻尼振动受迫振动共振受力情况不受阻力作用受阻力作用受驱动力和阻力作用受驱动力和阻力作用振幅不变变小稳定后不变稳定后最大振动频率由振动系统本身决定，即固有频率由振动系统本身决定，即固有频率由驱动力的周期决定，f受＝f驱f驱＝f固振动图像形状不确定形状不确定振动能量机械能不变机械能减少驱动力做功，对损耗的机械能进行补充振动物体所获得的能量最大实例弹簧振子或单摆敲锣，锣面的振动扬声器的纸盆共振筛2共振的利用和防止1．共振的应用：共振筛，吉他的共鸣箱，利用共振原理制成的转速计等。2共振的利用和防止2．共振的防止：现代工程中，如桥梁、大厦，在遇到大风天气时会发生共振，造成倒塌。因此在设计时必须考虑防止共振产生的危害；2共振的利用和防止2．共振的防止：为了防止共振的危害，现在建筑设计会用到阻尼器，例如调谐质量阻尼器、风阻尼器等等；小结和练习041小结1．固有振动；2．固有频率；3．阻尼振动；4．受迫振动；5．共振：（1）共振的条件；（2）共振的应用1．如图所示，一个竖直圆盘转动时，固定在圆盘上的小圆柱带动一个T形支架在竖直方向振动，T形支架下面系着一个弹簧和小球组成的振动系统，小球浸没在水中。当圆盘静止时小球在水中振动，其阻尼振动的频率约为3Hz。现使圆盘以4s的周期匀速运动，经过一段时间后，小球振动达到稳定，它振动的频率是多少？2练习

2．如图所示是单摆做阻尼振动的位移x随时间t

变化的图像，下列说法正确的是

（）A．阻尼振动是一种受迫振动B．摆球在

P

点对应时刻的重力势能大于在

N

点对应时刻的重力势能C．摆球在

P

点对应时刻的动能大于在

N

点对应时刻的动能D．摆球在

P

点与

N

点对应时刻的机械能相等2练习C3．如图所示，张紧的水平绳上吊着甲、乙、丙三个小球。乙球靠近甲球，丙球远离甲球，甲、乙两球的悬线长度不同，甲、丙两球的悬线长度相同。让甲球在垂直于水平绳的方向摆动，经足够长时间，系统振动稳定后，关于乙、丙两球振动的周期

T乙、T丙

及振幅

A乙、A丙

的关系正确的是（）A．T乙＝T丙

A乙

>A丙 B．T乙＝T丙

A乙

<A丙C．T乙

<T丙

A乙＝A丙 D．T乙

>T丙

A乙＝A丙2练习B4．飞力士棒是一种轻巧的运动训练器材，是一根弹性杆两端带有负重的器械，如图a所示。某型号的飞力士棒质量为600g，长度为1.5m，固有频率为5.5Hz。如图b所示，某人用手振动该飞力士棒进行锻炼，则下列说法正确的是（）A．使用者用力越大，飞力士棒振动越快B．手每分钟振动330次时，飞力士棒产生共振C．手振动的频率增大，飞力士棒振动的幅度一定变大D．手振动的频率增大，飞力士棒振动的频率不变2练习B5．如图所示为单摆在两次受迫振动中的共振曲线，下列说法正确的是（重力加速度

g

取9.8m/s2）（）A．若两次受迫振动分别在月球上