2.6受迫振動共振課件-高二上學(xué)期物理人教版選擇性

2.6受迫振動+共振第二章

機械振動“龍洗”是我國著名文物之一,是古代用以盛水盥洗的器皿。

倒些清水到“龍洗”中，用手掌慢慢地去摩擦盆邊的提耳，到一定節(jié)奏時，銅盆便可以發(fā)出嗡嗡之聲，其中盛的水便會起霧、震蕩、濺起層層浪花，隨著摩擦越來越快，水花也越?jīng)_越高。這是為什么呢？一、振動中的能量損失彈簧振子和單擺將做簡諧運動，且其周期和頻率與振幅無關(guān)，僅由系統(tǒng)自身的性質(zhì)決定。

我們把這種不受外力作用，僅在自身回復(fù)力作用下的運動，叫做固有振動。其周期和頻率叫做固有周期、固有頻率。

思考：讓彈簧振子、單擺自由振動，忽略

空氣阻力，則它們將做什么運動？彈簧振子

單

擺

一、振動中的能量損失

生活中，搖曳的樹葉會停下來，擺動的秋千也會停止運動。由于實際的振動系統(tǒng)都會受到摩擦力、黏滯力等阻礙作用，振幅必然逐漸減小。（1）定義：振幅隨時間逐漸減小的振動，叫做阻尼振動。tOx阻尼振動圖像如果振動系統(tǒng)受到外力作用，它將如何運動？阻尼振動思考：一、振動中的能量損失阻尼振動思考：在阻尼振動中振幅不斷減小，那么振動系統(tǒng)的周期和頻率也會

發(fā)生變化嗎？tOx阻尼振動圖像①受到阻力②振幅逐漸減?、壑芷诤皖l率不變④機械能逐漸減?。?）特點（1）定義：振幅隨時間逐漸減小的振動，叫做阻尼振動。（3）分類：阻尼振動系統(tǒng)能量衰減的方式通常有兩種。一、振動中的能量損失阻尼振動（3）分類：阻尼振動系統(tǒng)能量衰減的方式通常有兩種。①摩擦阻尼：由于振動系統(tǒng)受到摩擦阻力或空氣阻力的作用，使振動

系統(tǒng)的機械能逐漸轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。②輻射阻尼：由于振動系統(tǒng)引起鄰近介質(zhì)中各質(zhì)點的振動，使能量向四周輻射出去，從而自身機械能減少。例如單擺運動時受到空氣阻力振幅逐漸減小。例如音叉發(fā)聲時，一部分機械能隨聲波輻射到周圍空間，導(dǎo)致音叉振幅減小。【典例1】單擺做阻尼振動的振動圖像如圖所示,下列說法正確的是(

)

解析：在單擺振動過程中，因不斷克服空氣阻力做功使機械能逐漸轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。故選項C錯誤，選項D正確。D雖然單擺總的機械能在逐漸減小，但在振動過程中動能和重力勢能仍在不斷地相互轉(zhuǎn)化，由于A、B兩時刻，單擺的位移相等，所以重力勢能相等，但動能不相等，故選項A、B錯誤。二、受迫振動怎樣才能使受阻力的振動的物體的振幅不變，而一直振動下去呢？比如我們在蕩秋千的時候，如何能讓秋千一直擺動呢？思考：用周期性的外力作用于振動系統(tǒng)，通過外力對系統(tǒng)做正功，補償系統(tǒng)機械能的損耗，使系統(tǒng)持續(xù)地振動下去。1.驅(qū)動力：對系統(tǒng)施加的周期性外力,

叫做驅(qū)動力。：系統(tǒng)在驅(qū)動力作用下的振動，

叫做受迫振動。二、受迫振動電動機偏心輪受迫振動演示器調(diào)速旋鈕平衡位置

如圖，架子上面的電動機向下面的兩組彈簧—鉤碼系統(tǒng)施加周期性的驅(qū)動力，使鉤碼做受迫振動。改變電動機的轉(zhuǎn)速可以調(diào)整驅(qū)動力的頻率。（1）先讓兩鉤碼自由振動，觀察它們的固有頻率是否相同？（2）接通電源，使鉤碼做受迫振動，觀察振動穩(wěn)定時彈簧振子的振動頻率與驅(qū)動力的頻率間有什么關(guān)系？思考：物體做受迫振動的頻率與什么因素有關(guān)呢？實驗:研究受迫振動的頻率視頻二、受迫振動電動機偏心輪受迫振動演示器調(diào)速旋鈕平衡位置思考：物體做受迫振動的頻率與什么因素有關(guān)呢？實驗:研究受迫振動的頻率結(jié)論：

物體做受迫振動時，振動穩(wěn)定后的頻率等于驅(qū)動力的頻率，跟物體的固有頻率無關(guān)。二、受迫振動三、共振現(xiàn)象及其應(yīng)用如圖所示，橫梁上掛著幾個擺長不同的擺。其中C與D的擺長相同，C擺的擺球質(zhì)量大于其他擺球。ABCDE耦合擺球思考：物體做受迫振動的頻率與固有頻率無關(guān)，那么其振幅是否

也與固有頻率無關(guān)呢？實驗:研究受迫振動的振幅使C擺偏離平衡位置后由靜止釋放，C擺在振動中通過橫梁對其他幾個擺施加周期性的驅(qū)動力。其他幾個擺就在C擺的驅(qū)動下做受迫振動。三、共振現(xiàn)象及其應(yīng)用如圖所示，橫梁上掛著幾個擺長不同的擺。其中C與D的擺長相同，C擺的擺球質(zhì)量大于其他擺球。ABCDE耦合擺球思考：物體做受迫振動的頻率與固有頻率無關(guān)，那么其振幅是否

也與固有頻率無關(guān)呢？實驗:研究受迫振動的振幅問題1.各擺的固有頻率取決于什么？問題2.驅(qū)動力的頻率取決于什么？請觀察振動穩(wěn)定后，各擺的振幅大小。三、共振現(xiàn)象及其應(yīng)用如圖所示，橫梁上掛著幾個擺長不同的擺。其中C與D的擺長相同，C擺的擺球質(zhì)量大于其他擺球。ABCDE耦合擺球思考：物體做受迫振動的頻率與固有頻率無關(guān)，那么其振幅是否

也與固有頻率無關(guān)呢？實驗:研究受迫振動的振幅實驗結(jié)論：固有頻率與C擺相同的D擺振幅

最大，固有頻率與C擺相差較多的B

擺振幅最小。三、共振現(xiàn)象及其應(yīng)用1.定義：當(dāng)驅(qū)動力的頻率等于物體的固有頻率時，受迫振動的振幅達到

最大值，這種現(xiàn)象叫做共振。（1）坐標(biāo)軸橫軸：表示驅(qū)動力的頻率f縱軸：表示受迫振動的振幅A（3）由共振曲線可知：

①f驅(qū)＝fo時，振幅有最大值，發(fā)生共振；

②f驅(qū)＞fo或f驅(qū)＜fo時，振幅變小，且f驅(qū)與fo相差

越大，振幅越小。AOf受迫振動振幅與驅(qū)動力頻率的關(guān)系共振曲線2.共振曲線（2）fo的意義：振動系統(tǒng)的固有頻率【典例2】一個單擺在地面上做受迫振動，其共振曲線（振幅A與驅(qū)動力頻率f的關(guān)系）如圖所示(π2≈10)，則（）A.此單擺的固有周期約為0.5s B.此單擺的擺長約為1mC.若擺長增大，單擺的固有頻率增大 D.若擺長增大，共振曲線的峰將向右移動B解析：A.由共振曲線可知，此單擺的固有頻率約為f＝0.5Hz，所以固有周期約為T固＝2s，故A錯誤；B.根據(jù)單擺周期公式

，得

，故B正確；CD.根據(jù)單擺周期公式得，若擺長增大，則固有周期增大，固有頻率減小，共振曲線

的峰將向左移動，故CD錯誤。故選B。3、共振現(xiàn)象及其應(yīng)用MNabcd發(fā)動機的轉(zhuǎn)速計原理圖微波爐：食物中水分子的振動頻率約為2500MHz。微波爐加熱食品時，爐內(nèi)產(chǎn)生頻率大致相同的電磁波。使食物中的水分子發(fā)生共振，將電磁輻射能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，從而使食物的溫度迅速升高。轉(zhuǎn)速計：把一些長度不同的鋼片安裝在同一個支架上。轉(zhuǎn)速計與開動的機器緊密接觸，機器的振動引起轉(zhuǎn)速計的輕微振動，這時固有頻率與機器轉(zhuǎn)速一致的那個鋼片發(fā)生共振，振幅最大。讀出這個鋼片的固有頻率，就可以知道機器的轉(zhuǎn)速。共振篩：它是把篩子用多個彈簧支撐起來，并在篩子上裝上偏心輪，偏心輪在皮帶的帶動下轉(zhuǎn)動，使篩子受到周期性驅(qū)動力的作用，做受迫振動。應(yīng)使驅(qū)動力的頻率接近或等于振動物體的固有頻率。4、共振現(xiàn)象的防止應(yīng)使驅(qū)動力的頻率遠離振動物體的固有頻率。1831年，一隊騎兵通過曼徹斯特附近的一座便橋時，由于馬蹄節(jié)奏整齊，引起橋梁發(fā)生共振而斷裂。軍隊過橋時要改齊步為便步4、共振現(xiàn)象的防止應(yīng)使驅(qū)動力的頻率遠離振動物體的固有頻率。登山時嚴禁大喊，以免引起雪崩軍隊過橋，改齊步為便步微風(fēng)起浪，大橋蛇形共舞滬通長江大橋安裝阻尼器【典例3】ms。下列說不正確的是（）A．列車的危險速率為40m/sB．列車過橋需要減速，是為了防止橋梁發(fā)生共振現(xiàn)象C．列車運行的振動頻率和列車的固有頻率總是相等的D．增加鋼軌的長度有利于列車高速運行

解析：A.當(dāng)列車以危險速度行駛時，列車受到?jīng)_擊的周期與固有周期相同，從而會使列車發(fā)生共振，所以v＝L/T＝40m/s，故A正確。B.列車過橋需要減速，從而降低車輪與鐵軌接縫撞擊的頻率，防止橋梁發(fā)生共振，保護橋梁安全，故B正確。C.列車運行的振動頻率等于周期性沖擊的頻率，為了防止共振現(xiàn)象的發(fā)生，列車運行的振動頻率不能和列

車的固有頻率總是相等的，故C錯誤。

D.根據(jù)A項分析可知，增加鋼軌的長度可以提高危險速率，有利于列車高速運行，故D正確。本題要求選不

正確的，故選C.C阻尼振動受迫振動共

振外力作用下的振動2.6受迫振動

共振①受到阻力②振幅逐漸減?、壑芷诤皖l率不變④機械能逐漸減小

特點特點：條件：特點：振幅達到最大值共振曲線：

圖像

應(yīng)用與防止foAOf

【練習(xí)1】(多選)如圖，A球振動后，通過水平細繩迫使B、C振動，下面說法中正確的是()A、只有A、C振動周期相等B、A、B、C的振幅一樣大C、C的振幅比B的振幅大D、A、B、C的振動周期相等ABC2m4m2m解析：B和C做的是受迫振動，周期與A的周期相等，故D正確。其中C的擺長與A的擺長相等，即C的固有周期等于驅(qū)動力的周期，發(fā)生共振，故C的振幅大，C正確。CD【練習(xí)2】把一個篩子用四根彈簧支起來，篩子上固定一個電動偏心輪，它每轉(zhuǎn)一周，給篩子一個驅(qū)動力，這樣就做成了一個共振篩，篩子做自由振動時，完成10次全振動用時15s，在某電壓下，電動偏心輪轉(zhuǎn)速是36r/m