2.6 受迫振动 共振 (共25张PPT) 课件 2024-2025学年高二物理人教版（2019）选择性必修第一册
文档属性
| 名称 | 2.6 受迫振动 共振 (共25张PPT) 课件 2024-2025学年高二物理人教版（2019）选择性必修第一册 |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 54.3MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2024-09-23 14:39:26 | ||
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文档简介
(共25张PPT)
第二章 机械振动
第6节 受迫振动 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？
1.知道什么是阻尼振动，知道实际的振动可以看作简谐运动的条件.
2.知道什么是受迫振动，知道受迫振动的频率等于驱动力的频率，而跟振动物体的固有频率无关.
3.知道什么是共振，掌握产生共振的条件，理解共振曲线.
简谐运动
无外力干预
振幅不变，机械能守恒
现实生活中是否存在简谐运动？若振动过程中存在阻力，它的振幅又发生如何变化呢？
由于实际的振动系统都会受到摩擦力、黏滞力等阻碍作用，振幅必然逐渐减小，最终停止
知识点一：振动中的能量损失
1.固有振动和固有频率
(1)固有振动：振动系统在不受外力的情况下的振动.
(2)固有频率：固有振动的频率.由系统本身的性质决定，与振幅大小无关.
单摆的周期公式
弹簧振子周期公式
2.阻尼振动
(1)定义：振动系统受到阻力的作用，振幅随时间逐渐减小的振动，叫作阻尼振动.
(2)阻尼振动的图像
思考与讨论1：阻尼振动中振动系统能量衰减的方式有哪些？
(1)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.例如：单摆运动时受到空气的阻力.
(2)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.
例如：音叉发声时，一部分机械能随声波
辐射到周围空间，导致音叉振幅减小.
2.阻尼振动中，在振幅逐渐减小的过程中，振动系统的周期和频率也会发生变化吗？
T
T
T
不变，振子的频率和周期与振幅无关.
点击播放视频
实际的振动一定是阻尼振动.摇曳的树叶会停下来，摆动的秋千也会停止运动.那么怎样才能产生持续的振动呢？
受迫振动
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。
1.驱动力
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。
2.受迫振动
系统在驱动力作用下的振动，叫作受迫振动。
（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）
知识点二：受迫振动
实验：研究受迫振动的频率
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。
思考：物体做受迫振动时，振动稳定后的频率与什么有关？受迫振动物体的频率由什么决定？
研究受迫振动的频率视频
（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。
实验结论：
（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小，振幅越大，相差越多，振幅越小。
知识点三：共振现象及其应用
思考：物体做受迫振动的振幅是否也跟它的固有频率无关呢
小球共振实验视频
观察哪个摆球的振幅最大？
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。
结论：
物体在做受迫振动时，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，受迫振动的振幅达到最大。
（1）定义：
（3）受迫振动的规律
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
1. 共振
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。
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
2. 共振的应用
（1）测量发动机转速的转速计
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。
发动机的转速计原理图
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。
（2）共振筛
应使驱动力的频率接近或等于振动物体的固有频率
共鸣箱
几乎所有乐器都利用了共振达到放大某一频率，同时抑制其他频率声音的目的。
（3）共鸣箱
原子和分子的共振能够制造各种光源（如日光灯、激光），也能制造电子表、原子钟等。
3. 共振的防止
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。
（1）军队过桥便步走,火车过桥慢行
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。
（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
1、受迫振动的频率等于振动系统的固有频率（ ）
2、驱动力频率越大，振幅越大（ ）
3、生活中应尽量使驱动力的频率接近振动系统的固有频率（ ）
4、驱动力频率越小，振幅越小（ ）
5、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（ ）
×
√
×
×
×
1.下图是一个弹簧振子做阻尼振动的振动图像,曲线上A、B两点的连线与横轴平行,下列说法正确的是( )
A.振子在A时刻的动能等于B时刻的动能
B.振子在A时刻的势能等于B时刻的势能
C.振子在A时刻的机械能等于B时刻的机械能
D.振子在A时刻的机械能小于B时刻的机械能
B
2.(多选)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,洗衣机脱水桶的运转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
3.如图所示，曲轴上悬挂一弹簧振子，转动摇把，曲轴可以带动弹簧振子上下振动。开始时不转动摇把，而让振子自由上下振动，测得其频率为2Hz，然后匀速转动摇把，转速为240r/min，当振子振动稳定时，它振动的周期为（ ）
A.0.5 s B.0.25 s C.2 s D.4 s
B
4.如图所示，在一根张紧的水平绳上挂有5个单摆，其中b摆球质量最大，其余4个摆球质量相等，摆长关系为Lc>Lb＝Ld>La>Le，现将b摆垂直纸面向里拉开一微小角度后释放，经过一段时间后，其余各摆均振动起来并达到稳定，下列叙述正确的是 ( )
A．4个单摆的周期Tc>Td>Ta>Te
B．4个单摆的频率fa＝fc＝fd＝fe
C．4个单摆的振幅Aa＝Ac＝Ad＝Ae
D．4个单摆中c摆振幅最大
B
受迫振动 共振
振动中的能量损失
1.固有振动：系统不受外力作用时的振动
2.固有频率：固有振动的频率
共振现象及其应用
受迫振动
3.阻尼振动：振幅逐渐减小的振动
1.定义：系统在驱动力作用下的振动
2.频率：振动频率总等于驱动力的频率，
与系统的固有频率无关．
1.定义：驱动力的频率等于系统的固有频率时，
受迫振动的振幅最大．
2.共振的利用与防护
第二章 机械振动
第6节 受迫振动 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？
1.知道什么是阻尼振动，知道实际的振动可以看作简谐运动的条件.
2.知道什么是受迫振动，知道受迫振动的频率等于驱动力的频率，而跟振动物体的固有频率无关.
3.知道什么是共振，掌握产生共振的条件，理解共振曲线.
简谐运动
无外力干预
振幅不变，机械能守恒
现实生活中是否存在简谐运动？若振动过程中存在阻力，它的振幅又发生如何变化呢？
由于实际的振动系统都会受到摩擦力、黏滞力等阻碍作用，振幅必然逐渐减小，最终停止
知识点一：振动中的能量损失
1.固有振动和固有频率
(1)固有振动：振动系统在不受外力的情况下的振动.
(2)固有频率：固有振动的频率.由系统本身的性质决定，与振幅大小无关.
单摆的周期公式
弹簧振子周期公式
2.阻尼振动
(1)定义：振动系统受到阻力的作用，振幅随时间逐渐减小的振动，叫作阻尼振动.
(2)阻尼振动的图像
思考与讨论1：阻尼振动中振动系统能量衰减的方式有哪些？
(1)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.例如：单摆运动时受到空气的阻力.
(2)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.
例如：音叉发声时，一部分机械能随声波
辐射到周围空间，导致音叉振幅减小.
2.阻尼振动中，在振幅逐渐减小的过程中，振动系统的周期和频率也会发生变化吗？
T
T
T
不变，振子的频率和周期与振幅无关.
点击播放视频
实际的振动一定是阻尼振动.摇曳的树叶会停下来，摆动的秋千也会停止运动.那么怎样才能产生持续的振动呢？
受迫振动
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。
1.驱动力
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。
2.受迫振动
系统在驱动力作用下的振动，叫作受迫振动。
（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）
知识点二：受迫振动
实验：研究受迫振动的频率
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。
思考：物体做受迫振动时，振动稳定后的频率与什么有关？受迫振动物体的频率由什么决定？
研究受迫振动的频率视频
（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。
实验结论：
（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小，振幅越大，相差越多，振幅越小。
知识点三：共振现象及其应用
思考：物体做受迫振动的振幅是否也跟它的固有频率无关呢
小球共振实验视频
观察哪个摆球的振幅最大？
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。
结论：
物体在做受迫振动时，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，受迫振动的振幅达到最大。
（1）定义：
（3）受迫振动的规律
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
1. 共振
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。
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
2. 共振的应用
（1）测量发动机转速的转速计
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。
发动机的转速计原理图
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。
（2）共振筛
应使驱动力的频率接近或等于振动物体的固有频率
共鸣箱
几乎所有乐器都利用了共振达到放大某一频率，同时抑制其他频率声音的目的。
（3）共鸣箱
原子和分子的共振能够制造各种光源（如日光灯、激光），也能制造电子表、原子钟等。
3. 共振的防止
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。
（1）军队过桥便步走,火车过桥慢行
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。
（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
1、受迫振动的频率等于振动系统的固有频率（ ）
2、驱动力频率越大，振幅越大（ ）
3、生活中应尽量使驱动力的频率接近振动系统的固有频率（ ）
4、驱动力频率越小，振幅越小（ ）
5、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（ ）
×
√
×
×
×
1.下图是一个弹簧振子做阻尼振动的振动图像,曲线上A、B两点的连线与横轴平行,下列说法正确的是( )
A.振子在A时刻的动能等于B时刻的动能
B.振子在A时刻的势能等于B时刻的势能
C.振子在A时刻的机械能等于B时刻的机械能
D.振子在A时刻的机械能小于B时刻的机械能
B
2.(多选)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,洗衣机脱水桶的运转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
3.如图所示，曲轴上悬挂一弹簧振子，转动摇把，曲轴可以带动弹簧振子上下振动。开始时不转动摇把，而让振子自由上下振动，测得其频率为2Hz，然后匀速转动摇把，转速为240r/min，当振子振动稳定时，它振动的周期为（ ）
A.0.5 s B.0.25 s C.2 s D.4 s
B
4.如图所示，在一根张紧的水平绳上挂有5个单摆，其中b摆球质量最大，其余4个摆球质量相等，摆长关系为Lc>Lb＝Ld>La>Le，现将b摆垂直纸面向里拉开一微小角度后释放，经过一段时间后，其余各摆均振动起来并达到稳定，下列叙述正确的是 ( )
A．4个单摆的周期Tc>Td>Ta>Te
B．4个单摆的频率fa＝fc＝fd＝fe
C．4个单摆的振幅Aa＝Ac＝Ad＝Ae
D．4个单摆中c摆振幅最大
B
受迫振动 共振
振动中的能量损失
1.固有振动：系统不受外力作用时的振动
2.固有频率：固有振动的频率
共振现象及其应用
受迫振动
3.阻尼振动：振幅逐渐减小的振动
1.定义：系统在驱动力作用下的振动
2.频率：振动频率总等于驱动力的频率，
与系统的固有频率无关．
1.定义：驱动力的频率等于系统的固有频率时，
受迫振动的振幅最大．
2.共振的利用与防护