2.5 受迫振动 共振 (共25张PPT) 课件 2024-2025学年高二物理粤教版（2019）选择性必修第一册

(共25张PPT)
第二章 机械振动
第2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.理解阻尼振动和受迫振动的概念
2.理解共振现象是如何产生的
3.学习如何利用和防止共振
观察简谐运动的图像，我们发现：简协运动是一种振幅不变的运动。
通过这两个公式，我们发现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。称为：
固有周期T0 ，固有频率f0
弹簧振子
单摆
一、受迫振动的频率
这种运动叫做等幅振动
1.等幅振动
2.固有频率
我们发现，生活中的振动并不符合简协运动这种理想状况，我们把
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，称之为阻尼振动
生活中的实际的振动一定是阻尼振动！
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？
思考：阻尼振动的振动图像(x-t)是什么样的呢？
3.阻尼振动
视频：阻尼振动的图像
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！
阻尼振动的三个特点
(1)振幅逐渐减小，最后停止振动．
(2)系统的机械能逐渐减少，最后耗尽．
(3)周期、频率不随振幅的变化而变化．
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。
想一想：用什么办法才能得到持续的振动呢？
如何让秋千持续振动？
4.受迫振动
（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）
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。
观察实验：当驱动频率接近固有频率时弹簧振子的振幅怎么变化？远离的时候又是如何变化的？
二、共振
实验结论:
1.当驱动频率与固有频率越接近，受迫振动振幅越大，反之振幅越小。
2.当驱动力频率等于振动系统固有频率时，受迫振动振幅达到最大，称为共振。
二、共振
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。
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：
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。
二、共振
简谐运动、阻尼振动与受迫振动及共振的比较
简谐运动 阻尼振动 受迫振动
产生条件
频率
振幅
振动图像
实例
共振
振动能量
获得的能量最大
不受阻力作用
受阻力作用
受阻力和驱动力作用
同受迫，且T驱=T固
固有频率
频率不变
驱动力频率
f驱 = f固
不变
减小
大小变化不确定
大小变化不确定
形状不确定
形状不确定
弹簧振子振动
单摆做小角度摆动
敲锣打鼓发出的
声音越来越弱
扬声器纸盆振动
发声钟摆的摆动
共振筛
共振转速计
机械能不变
机械能减少
由产生驱动力
的物体提供
三、共振的防止和利用
1.共振的利用
偏心轮在发动机的带动下发生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。
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。
共振筛
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。
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。
大风作用下桥面发生共振，导致大幅度振动，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
在设计建筑时也要考虑共振问题
2.共振的防止
1、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．其他各摆摆动周期跟A摆相同
B．其他各摆振动振幅大小相同
C．其他各摆振动振幅大小不相同，E摆振幅最小
D．其他各摆振动周期大小不同，D摆周期最大
A
2、一个单摆在地面上做受迫振动，其共振曲线(振幅A与驱动力频率f的关系)如图所示，则(　 )
A．此单摆的摆长约为1 m
B．若摆长增大，单摆的固有频率增大
C．此单摆的固有周期约为0.5 s
D．若摆长增大，共振曲线的峰值将向右移动
　
A
3、（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
4．(多选)如图所示是单摆做阻尼振动的振动图线，下列说法中正确的是( 　　)
A．摆球A时刻的动能等于B时刻的动能
B．摆球A时刻的势能等于B时刻的势能
C．摆球A时刻的机械能等于B时刻的机械能
D．摆球A时刻的机械能大于B时刻的机械能
BD
2、受迫振动：系统在周期性外界驱动力作用下的振动
3、系统做受迫振动时，振动稳定后的频率等于驱动力的频率，跟系统的固有频率无关
4、驱动力的频率等于振动系统的固有频率时，受迫振动的振幅增大，这种现象叫做共振。
5、利用共振时，应使驱动力的频率接近或等于振动系统的固有频率；
防止共振时，应使驱动力的频率与系统的固有频率不同，而且相差越大越好
1、等幅振动：振幅不变的振动
阻尼振动：振幅越来越小的振动