人教版2019选择性必修第一册 2.6 受迫振动 共振(共43张PPT)

(共42张PPT)
§2.6 受迫振动 共振
复习回顾
振动系统在自身结构影响下的振动
自由振动：
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：
外力作用下物体的振动
振子为什么会停下来？
一．阻尼振动
1、阻尼振动：
振动系统在阻尼（摩擦或其他阻力）作用下的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，振幅减小得越快，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
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！
T
T
T
例1、一单摆做阻尼振动，则在振动过程中(　　)
A．振幅越来越小，周期也越来越小
B．振幅越来越小，周期不变
C．在振动过程中，通过某一位置时，机械能始终不变
D．振动过程中，机械能不守恒，频率不变
BD
振幅越来越小，机械能减少，周期不变
想一想：用什么办法才能得到持续的振动呢？
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。
二．受迫振动
受迫振动稳定后的频率跟什么有关呢
1、驱动力（又叫策动力）：
维持受迫振动的周期性外力
2、受迫振动：
物体在外界驱动力作用下的振动
受迫振动的频率跟什么有关呢
受迫振动实例：
①跳板在人走过时发生的振动
②机器底座在机器运转时发生的振动
③听到声音时耳膜的振动
④电磁打点计时器的振针所做的振动
振针
针头
二．受迫振动
探究：受迫振动的频率
结论：
物体做受迫振动时，振动稳定后的频率等于驱动力的频率，跟物体的固有频率无关.
二．受迫振动
观察哪个摆球的振幅最大？
探究受迫振动的振幅
结论：
驱动力的频率等于振动物体的固有频率时，振幅最大；驱动力的频率跟固有频率相差越大，振幅越小。
1、定义：驱动力的频率f等于物体的固有频率f0时，受迫振动的振幅最大，这种现象叫做共振。
固
3、受迫振动的规律
f驱= f固时，振幅有最大值；
f驱与 f固差别越大时，振幅越小
横轴：表示驱动力的频率
纵轴：表示受迫振动的振幅
2、共振曲线
三．共振
生活中的共振
共振筛
原理图
微波炉加热原理：
食物中水分子的振动频率约为2500MHz。微波炉加热食品时，炉内产生大致相同频率的电磁波，
也称为 “微波”。使食物
中的水分子做受迫振动，
发生共振，将电磁辐射能转
化为内能，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。
美国有一农场农妇，习惯于用吹笛的方式招呼丈夫回家吃饭，可当她有一次吹笛时，居然发现树上的毛毛虫纷纷坠地而死，惊讶之余，她到自己的果园吹了几个小时，一下子将果树上的毛毛虫收拾的一干二净.这是怎么回事呢？
大家能解释吗？
原因：
笛子发出的声音引起毛毛虫内脏发生剧烈共振而死亡.
大千世界
塔科马海峡大桥因共振坍塌
声音的共鸣
——声音的共振现象
共鸣箱（音叉下面是空箱）
共鸣箱
生活中的共振
利用共振：
应使驱动力的频率接近或等于振动物体的固有频率；
防止共振：
应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．
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.
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。
军队过桥便步走,火车过桥慢行
生活中的共振现象
现象一：唐朝的时候，洛阳某寺一僧人房间的一件乐器磬，经常莫名其妙的自动鸣响，这是什么物理原理呢？
现象二：登山队员在登山过程中不能大声说话，为什么？
现象三：各国都规定大队人马过桥，要便步通过，为什么？
古代的磬
思考与讨论
②轮船航行时要看波浪的撞击方向而改变速度和方向
③机器运转时为了防止共振要调节转速或者在振动物体底座加防振垫.
洗衣机把衣服脱水完毕切断电源后，电动机由于惯性还要转一会儿才能停下来，在这个过程中，洗衣机的振动剧烈程度有变化，其中有一阵子最剧烈，试分析这一现象。
①军队过桥便步走,火车过桥慢行
防止共振的方法
m
M
l
L
受迫振动
等于驱动力的周期
C
例2、如图，表示两个单摆m、M悬挂到一根钢丝上，原来它们都静止，今使m偏离平衡位置一个小角度，释放后m做简谐运动的方向在垂直于纸面的竖直平面里，对M此后的运动情况，下列说法正确的是（　　）
A、M仍静止
B、M将做受迫振动，周期为
C、M将做受迫振动，周期为
D、M能发生共振
装置本身决定
等于驱动力频率
ABC
例3、下列说法中正确的是（ ）
A、某物体做自由振动时，其振动频率与振幅无关
B、某物体做受迫振动时，其振动频率与固有频率无关
C、某物体发生共振时的频率就是其自由振动的频率
D、某物体发生共振时的振动就是无阻尼振动
解析：
发生共振时振动最厉害
例4、铁路上每根铁轨长12 cm，支持车厢的弹簧固有周期为0.6 s，列车以多大的速度行驶时车厢的振动最厉害？
课堂小结
2、受迫振动：物体在外界驱动力作用下的振动
物体做受迫振动时，振动稳定后的频率等于 驱动力的频率，跟物体的固有频率无关。
3、共振:驱动力的频率接近物体的固有频率时，受迫振动的振幅增大的现象。
1、阻尼振动：振幅(能量)逐渐减小的振动
A、利用共振时：应使驱动力的频率f接近或等于振动物体的固有 频率f0
B、防止共振时：应使驱动力的频率f与物体的固有频率f0不同，而且相差越大越好
生活中的共振现象（1）
生活中的共振现象（2）
自由振动、受迫振动、共振的区别
1.A 、B两个弹簧振子, A固有频率为f, B固有频率为4f, 若它们均在频率为3f 的驱动力作用下做受迫振动, 则 ( )
A. 振子A的振幅较大, 振动频率为f
B. 振子B的振幅较大, 振动频率为3f
C. 振子A的振幅较大, 振动频率为3f
D. 振子B的振幅较大, 振动频率为4f
B
牛刀小试
2.在飞机的发展史中有一个阶段，飞机上天后不久，飞机的机翼(翅膀)很快就抖动起来，而且越抖越厉害．后来人们经过了艰苦的探索，利用在飞机机翼前缘处装置一个配重杆的方法，解决了这一问题．在飞机机翼前装置配重杆的目的主要是( )
A．加大飞机的惯性
B．使机体更加平衡
C．使机翼更加牢固
D．改变机翼的固有频率
D
牛刀小试
3.汽车的车身是装在弹簧上的，如果这个系统的固有周期是1.5s，汽车在一条起伏不平的路上行驶，路上各凸起处大约都相隔8m，汽车以多大速度行驶时，车身上下颠簸得最剧烈？
解：设车速为v，每经过一个凸起，将引起车身的振动，如果汽车经过相临凸起的时间间隔刚好等于车身体系的固有周期T＝1.5s，则由凸起施与车的驱动力——冲击力的频率等于固有频率，车达到共振状态，颠簸最剧烈。
车速为
时，车颠簸最剧烈。
牛刀小试
4．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
牛刀小试
5．一洗衣机脱水桶在正常工作时非常平稳，当切断电源后，发现洗衣机先是振动越来越剧烈，然后振动再逐渐减弱，对这一现象，下列说法正确的是(　 　)
　A．正常工作时，洗衣机脱水桶运转的频率比洗衣机的固有频率大
　B．正常工作时，洗衣机脱水桶的运转频率比洗衣机的固有频率小
　C．正常工作时，洗衣机脱水桶的运转频率等于洗衣机的固有频率
　D．当洗衣机振动最剧烈时，脱水桶的运转频率恰好等于洗衣机的固有频率
ＡD
牛刀小试
6．如图所示为单摆做受迫振动时的共振曲线，从图可知该单摆振动的固有频率为____Hz，在驱动力的频率由0.4Hz增大加0.6Hz的过程中，单摆振动的振幅变化情况是______________,其摆长是____.(g=10m/s2)
先增大后减小
0.5
0.5
1m
牛刀小试
古希腊的学者阿基米德曾豪情万丈地宣称：给我一个支点，我能撬动地球。
而现代的美国发明家特斯拉更是“牛气”，他说：用一件共振器，我就能把地球一裂为二。
唐朝时候，洛阳某寺一僧人房中挂着的一件乐器，经常莫名其妙地自动鸣响，僧人因此惊恐成疾，四处求治无效。他有一个朋友是朝中管音乐的官员，闻讯特去看望他。这时正好听见寺里敲钟声，那件乐器又随之作响。于是朋友说：你的病我可以治好，因为我找到你的病根了。只见朋友找到一把铁锉，在乐器上锉磨几下，乐器便再也不会自动作响了。
共振的防止
在冰山雪峰间，动物的吼叫声引起空气的振动,当频率等于雪层中某一部分的固有振动频率时,会发生共振,形成雪崩.
登山队员严禁高声说话
轮船在航行时，会受到周期性的波浪冲击而左右摇摆.如果波浪冲击力的频率与轮船的固有频率相同，就会发生共振，摆幅增大，甚至可以使船倾覆. 这时可以改变船的航向和速度，使波浪冲击的频率远离船的固有频率.
②航行时，有时需要改变船的航向和速度