2.6 受迫振动共振（共30张ppt）

(共28张PPT)
第二章 机械振动
2.6 受迫振动 共振
选择性必修 第一册
温故知新
这些振动的回复力由什么力来提供？
它们的回复力都由系统内部的力提供
物体在固有振动下周期或频率与振幅无关，仅由系统自身的性质决定。
定义：振动系统不受外力作用，仅由系统自身的性质决定的振动
固有周期：固有振动的周期T
固有频率：固有振动的频率f
一、固有振动
二、阻尼振动
1、定义：振幅随时间逐渐减小的振动称为阻尼振动
2、阻尼振动的图像：
3、特点：
振幅减小
T不变
机械能减少
小结提升1
简谐运动 阻尼振动
产生条件
简谐运动与阻尼振动的比较：
振幅
能量
频率
振动图像
理想模型，不受阻力
受到阻力作用
由系统本身决定
频率不变
不变
减小
机械能守恒
机械能减小
【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？
1、驱动力: 对振动系统施加的周期性的外力
2、受迫振动：系统在驱动力作用下的振动
三、受迫振动
思考：受迫振动的频率是与固有频率还是驱动力频率有关呢？
1、驱动力: 对振动系统施加的周期性的外力
2、受迫振动：系统在驱动力作用下的振动
三、受迫振动
3、特点：
受迫振动的频率总等于驱动力的频率，与系统的固有频率无关。
驱动力的频率越大，物体做受迫振动的振幅越大吗？
思考：
【实验】
先让C振动，带动A、B、D、E的振动。
观察：
A、B、D、E的振幅与c的振幅的关系
1、定义：驱动力频率f 等于系统的固有频率f0时，受迫振动的振幅最大，这种现象叫作共振
2、共振的条件：
3、共振曲线:
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。
四、共振
驱动力的频率与物体的固有频率相等，即f＝f0
“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？
五、生活中的共振现象
水分子振动的固有频率：
2450MHz
五、生活中的共振现象
微波炉加热食品时，炉内产生电磁波（微波），使食物中的水分子作受迫振动，发生共振，导致水分子振动激烈，从而使食物的温度迅速升高。微波加热是对物体内部的整体加热，极大地提高了加热效率。
蝉（知了）
借助了共振的原理：靠摩擦身体的某一部位与空气产生共振（共鸣）而发声。
五、生活中的共振现象
五、生活中的共振现象
声音能将酒杯震碎
当人的发声频率与杯子的固有频率相等时，玻璃杯就会发生共振，当振动的幅度超出了玻璃杯的最大限度幅度时，玻璃杯就会被震碎。
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．你知道这是什么原因造成的吗？
提示：是共振造成的．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．
军队过桥便步走，火车过桥慢行
五、生活中的共振现象
1940年，美国的全长860米的塔柯姆大桥在建成后的4个月就因风共振而倒塌 。
五、生活中的共振现象
六、共振应用及防止
1、应用：使驱动力的频率接近或等于振动物体的固有频率。
2、防止：使驱动力的频率与物体的固有频率不同，而且相差越大越好。
六、共振应用及防止
例1、（多选)下列说法中错误的是(　 　)
A．阻尼振动的振幅不断减小
B．物体做阻尼振动时，随着振幅的减小，频率也不断减小
C．阻尼振动的振幅逐渐减小，所以周期也逐渐减小
D．物体做阻尼振动时，周期不变，机械能减小
BC
七、学以致用
例2.如图所示是一个单摆的共振曲线．
(1)若单摆所处环境的重力加速度g＝9.8 m/s2，试求此摆的摆长；
(2)若将此摆移到高山上，共振曲线的峰将怎样移动？
解析：（1）由图可知：单摆的频率为0.3Hz，周期为
由 得：l=2.8m
（2）将此摆移到高山上，重力加速度减小，周期变大，频率减小，共振曲线的峰将向左移动。
例3、如图所示,在一根张紧的水平绳上挂几个摆,其中A,E摆长相等；先让A摆振动起来,其他各摆随后也跟着振动起来,则( )
A.其它各摆摆动周期跟A摆相同
B.其它各摆振动振幅大小相同
C.其它各摆振动振幅大小不相同,E摆振幅最大
D.其它各摆振动周期大小不同,D摆周期最大
AC
课堂小结
1．受迫振动：受迫振动的频率由 决定．即
2．共振：受迫振动的特殊情况.
驱动力频率
（1）驱动力频率＝物体固有频率.即
（2）振幅最大，振动最剧烈
（3）共振曲线
共振的防止2:唐朝开元年间，洛阳有个和尚，他的房间内挂着一口磬，常敲磬解烦。有一天，和尚没有敲磬，磬却自动响起来了。这使他大为惊奇，终于惊扰成疾。他的一位好朋友曹绍夔是宫廷的乐令，精通音律(即通晓声学理论)，闻讯前来探望和尚。经过一番观察，他发现每当寺院里的钟响起来时，和尚房里的磬也跟着响了。于是曹绍夔拿出刀来把磬磨去几处，从此以后就不再自鸣了。他告诉和尚，这磬的音律(即固有频率)和寺院钟的音律一致，敲钟时由于共振，磬也就响了。将磬磨去几处就是改变它的音律，这样就不会引起共鸣。和尚恍然大悟，病也随之痊愈了。
共振的防止4:人体是一个弹性体，各器官都有它的固有频率，当外来振动的频率与人体某器官的固有频率一致时，会引起共振，因而对那个器官的影响也最大。人体固有的振动频率经科学研究，人脑是8～12Hz，内脏器官为4～18Hz。在外来振动的不断激发下，人脑和内脏器官的振动频率与外来振动频率相近或相同，吸收外来振动的能量而共振，轻者能使人产生头晕、烦躁、耳鸣、恶心，如果强度大，就能使人的心脏及其内脏剧烈抖动、狂跳，以致血管破裂，使人死亡。
防止3:
四、共振应用及防止
提示：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？
例4.(多选)将一个铁筛四角用四根弹簧支起，筛子上装一个电动偏心轮，它每转动一周给筛子提供一次驱动力．已知增大电动偏心轮的输入电压，可提高转速；增大筛子质量，可增大筛子的固有周期．筛子自由振动时完成10次全振动用15 s，电动偏心轮转速为36 r/min，则要使筛子振动的振幅最大，可采用的办法是(　　)
A．提高电动偏心轮的输入电压
B．降低电动偏心轮的输入电压
C．增大筛子的质量
D．减小筛子的质量
答案：AC
小结提升2
对共振曲线的理解：
1．两坐标轴的意义：纵轴：受迫振动的振幅．横轴：驱动力频率．如图所示．
2．f0的意义：表示固有频率．
3．认识曲线形状：f＝f0，共振；f>f0或f4．结论：驱动力的频率f越接近振动系统的固有频率f0，受迫振动的振幅越大，反之振幅越小．