2.5受迫振动 共振 课件(共18张PPT) 高二上学期物理粤教版（2019）选择性必修第一册

(共18张PPT)
第五节
受迫振动 共振
学习目标
1.了解等幅振动的概念，知道阻尼振动的概念；
2.理解受迫振动和共振的概念、特点，以及它们的区别和共同点；
3.知道受迫振动的振动频率与固有频率不同，受迫振动的振动频率取决于外界驱动力的频率；
4.了解共振现象，知道共振产生的条件，懂得如何应用和防止共振。
“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？
新课导入
阻尼振动
对于一个振动系统，若振动物体偏离平衡位置后，仅在回复力作用下振动，这种振动就是自由振动。在实际振动过程中，由于存在阻力，振动物体需不断克服阻力做功，系统的机械能不断减小，导致振幅不断减小，直至停止振动。
物理学中，把振幅不断减小的振动称为阻尼振动。
振动系统的能量与振幅有关，振幅越大，能量越大。
阻尼振动
阻尼振动图像：
一种是由于振动系统受到摩擦阻力的作用，使振动系统的机械能逐渐转化为内能。
另一种是由于振动系统引起邻近介质中各质点的振动，使能量向四周辐射出去，从而自身机械能减少。
思考：为什么做阻尼振动的物体，振幅会越来越小呢？
阻尼振动
阻尼振动
自由振动的频率，叫作系统的固有频率。
固有频率由系统本身的特征决定。
阻尼振动
情境：振荡的秋千，如果不持续提供动力，秋千会逐渐慢下来，振幅逐渐减小。
【思考问题】
（1）如何才能使秋千保持初始时候的振荡高度？
（2）如何让秋千荡得更高？又如何让秋千快速停下来？
受迫振动
受迫振动
1、驱动力：如果用周期性的外力作用于振动系统，补偿系统的能量损耗，使系统持续等幅地振动下去，这种周期性的外力叫作驱动力。
2、受迫振动：系统在驱动力作用下的振动叫作受迫振动。
【观察与思考】
如图所示，三个不同的弹簧将三个质量相同的小球固定在摇杆上，分别使驱动力的频率由小逐渐变大，观察三个小球所做受迫振动的频率有什么变化。
将三个不同的弹簧换成三个相同的弹簧，将三个质量相同的小球换成三个质量不同的小球，重复操作，观察三个小球所做受迫振动的频率又有什么变化。
实验表明：物体做受迫振动时，振动稳定后的周期（或频率）总等于驱动力的周期（或频率），与物体的固有周期（或固有频率）无关。
受迫振动
受迫振动
【观察与思考】
如图所示，在一根张紧的绳上挂几个单摆，其中单摆A，B，C的摆长相等，单摆A与D的摆长相差最大，与单摆E的摆长相差其次。当但摆A振动时，观察其他单摆中哪个单摆的受迫振动最剧烈。
思考以下问题：
你认为驱动力频率与固有频率满足什么关系，才能使受迫振动的振幅最大？
实验表明 ：固有频率跟驱动力频率不同的各摆振幅较小；固有频率跟驱动力频率相等的 B 摆和 C 摆，振幅最大；固有频率跟驱动力频率相差最大的 D 摆，振幅最小。
实验结论：
（1）当系统做受迫振动时，驱动力的频率与物体的固有频率相差越小，受迫振动的振幅越大；当驱动力的频率与物体的固有频率相等时，受迫振动的振幅最大。
（2）物体做受迫振动时，振动稳定后的周期（或频率）总等于驱动力的周期（或频率），与物体的固有周期（或固有频率）无关。
受迫振动
1、共振
（1）定义：当驱动力的频率跟物体的固有频率相等时，物体做受迫振动的振幅最大，这种现象叫做共振。
（2）条件：驱动力的频率跟物体的固有频率相等。
（3）共振曲线：
（4）功与能：
共振
（4）功与能：发生共振时，驱动力对振动系统总是做正功，总是向系统输入能量，使系统的机械能逐渐增加，振动物体的振幅增大。当驱动力对系统做的功与摩擦力做的功和介质阻力做的功之和相等时，振动系统的机械能不再增加，振幅不再增大。
共振
共振的应用与防止
使驱动力的频率接近系统的固有频率，直至等于振动系统的固有频率。
使驱动力的频率远离振动系统的固有频率
2010年俄罗斯的伏尔加大桥
1940年美国塔柯姆大桥
机械损坏
共振的应用与防止
共振现象就在你我身边
如果没有共振，世界将会失去多少天籁、大地将会变得多么沉寂。