受迫振动 共振 高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册.pptxVIP

第二章机械振动

第6节受迫振动共振

1.知道什么是阻尼振动和受迫振动，会用能量观点分析阻尼振动的振幅变化和受迫振动的共振现象；

2.了解产生共振的条件，认识共振是受迫振动的特殊情况；

3.能够根据实际生活中的振动特点，应用振动的规律解释与解决相关问题。

思考：

你知道为什么大钟会无缘无故地鸣响吗？

东汉以后三国纷争年代，有一天，魏都洛阳宫殿前面的一口大钟，突然无缘无故地鸣响起来，满朝文武议论纷纷，有的以为是不祥之兆,也有人乘机献媚，把它说成是祥瑞。

知识点一：振动中的能量损失

1.固有振动

振动系统不受外力的作用在自身结构影响下的振动

固有振动：

固有周期(频率)：由自身结构所决定的周期T0(f0)

物体的振动周期与频率由振动物体本身性质决定的，与振幅无关。

如：弹簧振子：单摆：

2.阻尼振动

（1）阻尼振动：系统克服阻尼的作用要做功，消耗机械能。振幅逐渐减小的振动，叫做阻尼振动。

（2）阻尼振动特点：

①阻尼振动：振幅逐渐减小的振动

②阻尼振动的图像

③振动系统受到的阻尼越大，振幅减小越快，阻尼过大时，系统将不能发生振动。

④实际的振动一定是阻尼振动

系统不受外力作用，也不受任何阻力，只在自身回复力作用下的振动，称为自由振动，又叫做无阻尼振动。

（3）自由振动和阻尼振动的振动图像

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？

振动周期与振幅无关，故阻尼振动中周期和频率不变！

思考：阻尼振动最终要停下来，那么怎样才能产生持续的振动呢？

知识点二：受迫振动

产生持续的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，使系统的振动维持下去。

对振动系统施加的周期性的外力，这种周期性的外力叫作驱动力。

机器运转时底座发生的振动、扬声器纸盆的振动，都是受迫振动。

1.驱动力

2.受迫振动

系统在驱动力作用下的振动，叫作受迫振动。

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。

研究受迫振动的频率

做一做

（1）接通电源，使钩码做受迫振动，观察记录驱动力的频率和钩码振动的频率。

（2）改变驱动力的频率，再做记录。

研究受迫振动的频率视频

思考：钩码做受迫振动的频率与驱动力的频率有什么关系？

结论：

（1）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。

（2）驱动力的频率与系统的固有频率相差越少，振幅越大，相差越多，振幅越小。

知识点三：共振现象及其应用

做一做：

如图，铁架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的摆球质量大于其他摆球。使D摆偏离平衡位置后释放，D摆在振动中通过横梁对其他几个摆施加周期性的驱动力。在振动稳定后比较各球的振幅。

实验现象：通过观察会发现，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。

小球共振实验视频

共振的应用

共振筛

转速计

偏心轮转动产生周期性的驱动力，当驱动力频率与筛子固有频率相当时会产生距离振动，提高筛除杂物效率。

不同长度的钢片安装在同一个支架上，与开动着的机器紧密接触，机器的振动引起转速计的轻微振动，固有频率与机器转速一致的那个钢片发生共振。

3.共振的防止与利用

共鸣箱

几乎所有乐器都利用共振达到放大某一频率，同时抑制其他频率声音的目的。

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，造成226名官兵死亡．因为大队士兵迈步的频率正好与大桥的固有频率一致，使桥体的振动加强，当它的振幅达到甚至超过桥梁的形变能力时，桥就断了．

因为喊叫声中某一频率若正好与山上积雪的固有频率相吻合，就会因共振引起雪崩，其后果十分严重。

登雪山运动员登山时严禁大声喊叫？

1．下列各种振动中，不是受迫振动的是()

A．敲击后的锣面的振动

B．缝纫机针的振动

C．人挑担子时，担子上下振动

D．蜻蜓蝴蝶翅膀的振动

Ａ

2.如图所示为单摆做阻尼振动时的振动图线，下列说法正确的是()

A．摆球在A时刻的动能等于在B时刻的动能

B．摆球在A时刻的势能等于在B时刻的势能

C．摆球在A时刻的机械能等于在B时刻的机械能

D．摆球在后一时刻的动能总比前一时刻的动能小

B

3.(多选)一个弹簧振子做受迫振动，它的振幅A与驱动力频率f之间的关系如图所示.由图可知（）

A.驱动力频率为f2时，振子处于共振状态

B.驱动力频率为f3时