2.5 受迫振动 共振（22页）课件 2024-2025学年高二物理粤教版（2019）选择性必修第一册

(共22张PPT)
第二章 机械振动
第5节 受迫振动 共振
思考：物体摆动过程，如果不持续提供动力，物体为什么会慢下来直到停止？
如何才能保持其初始的振荡高度，又如何让秋千荡得更高？
1.了解阻尼振动和受迫振动的基本概念，了解受迫振动的频率
2.了解共振现象，学会根据振动图像判断共振
3.了解如何利用和防止共振
（2）单摆的周期公式
（1）弹簧振子周期公式
由此可知：周期或频率与振幅无关，仅由系统自身的性质决定，我们把这种振动称为固有振动，其振动频率称为固有频率。
一、受迫振动的频率
在前面的学习里，我们学到了以下两个公式：
1.固有频率
2、阻尼振动
（1）定义：振幅随时间逐渐减小的振动称为阻尼振动。
（2）阻尼振动的图像：
（3）阻尼振动的能量：振动系统能量衰减。
观察阻尼振动的图像，我们发现阻尼振动周期与振幅无关，故阻尼振动中周期和频率不变！阻尼振动有一个固有频率。
3.阻尼振动与简谐运动(无阻尼振动)的比较
振动类型 阻尼振动 无阻尼振动(简谐运动)
产生条件
振动能量
振幅
频率
图像
常见例子
思考：有什么办法能够持续使物体的振动吗？
受到阻力作用
不受阻力作用
振动能量有损失
振动能量保持不变
如果没有能量补充，振幅越来越小
振幅不变
不变
不变
悬挂的电灯被风吹动后开始振动，振幅越来越小，属于阻尼振动
弹簧振子的振动
通过研究阻尼振动和简谐运动，我们发现物体之所以不能持续的振动下去，主要是因为在振动过程存在机械能损耗。
所以，用周期性的外力作用于振动系统，补偿系统机械能的损耗，可以使系统持续地振动下去。
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。
5.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
二、共振
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。
二、共振
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
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
二、共振
三、共振现象的利用和防止
1.共振的利用
微波炉加热：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。
应使驱动力的频率接近或等于振动物体的固有频率；
2. 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.（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
2.（多选）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.其它各摆摆动周期跟A摆相同
B.其它各摆振动振幅大小相同
C.其它各摆振动振幅大小不相同,E摆振幅最大
D.其它各摆振动周期大小不同,D摆周期最大
AC
3.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
1、阻尼振动：振幅(能量)逐渐减小的振动
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
②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