2.6 受迫振动 共振 (共23张PPT) 课件 2024-2025学年高二物理人教版（2019）选择性必修第一册

(共23张PPT)
第二章 机械振动
第6节 受迫振动 共振
学习目标
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：
T =2
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！
T
T
T
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
实验结论：
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。
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，受迫振动的振幅比共振小，
但振子振动的频率仍为f2
C.如果振子做自由振动，它的频率为f2
D.振子可以做频率为f1的等幅振动
ACD
4. (多选)一根张紧的绳上悬挂着4个单摆，a和d摆长相等，其余各摆摆长不相等，如图所示，使d摆开始振动，则其余三摆的振动情况是( 　　)
A．a摆的振幅最大
B．c摆的振幅最大
C．c摆的振幅、周期最大，b摆的振动周期最小
D．a、b、c三摆的振动周期均等于d摆的振动周期
AD
振动中的能量损失
受迫振动在驱动力作用下的振动
受迫振动
共振现象及其应用
产生共振的条件
共振的应用和防止
受迫振动 共振
驱动力：对振动系统施加的周期性的外力
固有振动：系统不受外力作用时的振动
固有频率：固有振动的频率