2.6受迫振动 课件 (共36张PPT)2024-2025学年人教版高中物理选择性必修 第一册

(共36张PPT)
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2.6受迫振动
第二章 机械振动
振动中能量的损失
受迫振动
共振现象及其应用
01
02
03
目录
CONTENTS
振动中能量的损失
PART 1
问题2：单摆的周期公式是什么？
问题1：弹簧振子周期公式是什么？
通过前面的学习我们知道，弹簧振子及单摆都是理想化的物理模型，它们的运动属于简谐运动，周期或频率于振幅无关，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。而且如果没有外力（回复力以外的力）它们将永远的运动下去。我们把这种振动称之为无阻尼振动。
一、振动中的能量损失
1、无阻尼振动（自由振动）
（1）定义: 只在自身内力（F回）作用下的振动。
（2）特点: f固(T固)由系统本身决定，与振幅无关。
弹簧振子：
单 摆：
1.现实生活中存在简谐运动吗？
2.若振动过程中存在阻力，它
的振幅又发生如何变化呢？
2、阻尼振动
（1）定义:
思考1：阻尼是否影响弹簧振子的周期？
在阻尼（摩擦或其他阻力）作用下的振幅逐渐减小的振动。
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！
（2）特点:
②阻尼不影响振动系统的固有周期
①阻尼越大，振幅减小得越快，阻尼过大，将不能振动。
T
T
T
例1、一单摆做阻尼振动，则在振动过程中(　　)
A．振幅越来越小，周期也越来越小
B．振幅越来越小，周期不变
C．在振动过程中，通过某一位置时，机械能始终不变
D．振动过程中，机械能不守恒，频率不变
BD
B
例2.(2022·福安市第一中学高二月考)如图是一单摆做阻尼振动的位移—时间图像，比较摆球在M与N对应时刻的物理量，(EpM代表M点重力势能，EpN代表N对应点重力势能)以下说法正确的是(　　)
A．速率vM＝vN
B．受到的拉力FM>FN
C．重力势能EpM>EpN
D．机械能EM受迫振动
PART 2
怎样才能使阻尼振动一直振动下去呢？
用周期性的外力作用于振动系统，通过外力对系统做正功，补偿系统机械能的损耗，使系统持续振动下去。
1.驱动力：周期性作用于振动系统的外力叫做驱动力。
2.受迫振动：系统在驱动力作用下的振动，叫做受迫振动。
3.受迫振动的特点：受迫振动的频率总等于驱动力的频率，与系统的固有频率无关。
二、受迫振动
①稳定后的频率等于f驱, 跟f固无关。
②f驱和f固越接近，受迫振动的振幅越大。
4.规律：
③f驱 与 f固差别越大时，振幅越小
共振现象及其应用
PART 3
1.共振:当驱动力频率等于固有频率时，物体做受迫振动的振幅达到最大值，这种现象称为共振。
2.条件：驱动力的频率等于系统的固有频率。
3.特点:共振时受迫振动的振幅达到最大。
4.共振曲线:如图表示受迫振动的振幅A
与驱动力频率f的关系图象，图中f0为振
动物体的固有频率。
三、共振现象及其应用
5.共振曲线的意义:
①纵坐标：表示受迫振动的振幅A；
横坐标：表示驱动力频率f；
②f0表示固有频率；
③f＝f0，共振，振幅最大；
f＞f0或f＜f0，振幅较小；
f与f0相差越大，振幅越小；
④结论：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。
新课讲授
知识讲解
6.应用：应使驱动力频率接近或等于振动物体的固有频率
①各种乐器的发声(共鸣箱)
东邪黄药师是五绝之一，桃花岛领主，一身功夫深不可测。劈空掌、碧波掌、弹指神通、落英神剑掌、玉箫剑法是桃花岛一派典型的功夫。除此之外，黄药师最引人注目的便是碧海潮生曲了。一把玉箫在黄老邪手里成了武器，真是风雅侠士。我们先看看原著中关于《碧海潮生曲》的描写：
这套曲子模拟大海浩淼，万里无波，远处潮水缓缓推近，渐近渐快，其后洪涛汹涌，白浪连山，而潮水中鱼跃鲸浮，海面上风啸鸥飞，再加上水妖海怪，群魔弄潮，忽而冰山飘至，忽而热海如沸，极尽变幻之能事，而潮退后水平如镜，海底却又是暗流湍急，于无声处隐伏凶险，更令聆曲者不知不觉而入伏，尤为防不胜防。”
这样武功的厉害之处就在于声音裹挟内力，时而如大潮汹涌澎湃，时而如暗流潜伏杀机。再加上声音类功夫攻击范围广，对精神危害性大，所以极具威力。在原著中就曾提到，周伯通无法抵挡。
为什么这么厉害？
②微波炉加热
微波炉加热原理：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。
③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。
④共振筛
7. 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
例3．金庸的小说里“狮子吼”是一门用声音给敌人造成巨大伤害的功夫，网络游戏中也将“狮子吼”设为物理攻击，某电影主人公一声“狮子吼”可将桌上的杯子震碎。用手指轻弹同样的杯子，杯子发出清脆的声音，测得声音频率为500Hz。结合所学知识推断电影中主人公发出的“狮子吼”的攻击原理及声波的特点，下列说法可能的是（　　）
A．他发出的“狮子吼”频率应该远大于500Hz
B．他发出的“狮子吼”频率应该远小于500Hz
C．他发出的“狮子吼”频率应该接近500Hz
D．“狮子吼”的音量一定很大
C
例4. 单摆M、N、O、P自由振动时,振动图像分别如图甲、乙、丙、丁所示.现将单摆M、N、O、P悬挂在如图所示支架的细线上,并保持各自的摆长不变,使其中一个单摆振动,经过足够长的时间,其他三个都可能振动起来,不计空气阻力,下列判断正确的是(　 )
A.若使M振动起来,P不会振动
B.若使N振动起来,稳定时N振动的周期仍小于O的振动周期
C.若使P振动起来,稳定时M比N的振幅大
D.若使O振动起来,稳定时M的振动周期等于2 s
C
例5.共振筛是利用共振现象制成的把筛子用四根弹簧支起来，在筛架上安装一个偏心轮，就成了共振筛.偏心轮在发动机的带动下发生转动时，适当调节偏心轮的转速，可以使筛子受到的驱动力的频率接近筛子的固有频率，这时筛子发生共振，振幅最大，提高了筛除杂物的效率.
如图所示为共振筛示意图，共振筛振动的固有频率为5Hz，为使共振筛发生共振，使其工作效率达到最高，则偏心轮的转速为( )
A. 5r/s B. 10r/s
C. 0.2r/s D. 300r/s
A
例6.如图所示是用来测量各种发动机转速的转速计原理图。在同一铁支架MN上焊有固有频率依次为100Hz、90Hz、80Hz、70Hz的四个钢片a、b、c、d，将M端与正在转动的电动机接触，发现b钢片振幅很大，其余钢片振幅很小。则（　　）
A．钢片a的振动频率约为100Hz
B．钢片b的振动频率约为90Hz
C．钢片c的振动频率约为80Hz
D．电动机的转速约为90r/min
B
例7.如图甲所示,一个有固定转动轴的竖直圆盘转动时,固定在圆盘上的小圆柱带动一个T形支架在竖直方向运动,使T形支架下面的弹簧和小球组成的振动系统做受迫振动.小球的振幅A与圆盘的转速n的关系如图乙所示.下列说法正确的是(　 )
A.振动系统的固有周期为20 min
B.振动系统的固有周期为3 s
C.圆盘的转速越大,摆件振动的振幅越大
D.圆盘的转速越大,摆件振动的频率越小
B
AD
例8.．(多选)共振现象是指一个物理系统在其自然的振动频率（所谓的共振频率）下趋于从周围环境吸收更多能量的趋势。自然中有许多地方有共振的现象。人类也在其技术中利用或者试图避免共振现象。如图所示为一个单摆在地面上做受迫振动的共振曲线（振幅A与驱动力频率f的关系），下列说法正确的是（ ）（ ）
A．此单摆的固有周期为2s
B．此单摆的摆长约为2m
C．若仅摆长增大，单摆的固有频率增大
D．若仅摆长增大，共振曲线的峰将向左移
例9. 图8(a)为演示单摆共振的装置，实验时依次让不同的单摆先摆起来，观察单摆P(图中未标出)能达到的最大振幅A和稳定时的振动频率f，并描点记录在图(b)中，用光滑曲线连接各点得到如图(b)所示曲线。取重力
加速度g＝π2m/s2，下列说法正确的是(　　)
A.单摆P的固有频率约为1 Hz
B.装置(a)中只有一个单摆的摆长约为1.0 m
C.当单摆P稳定时的振动频率为1.0 Hz时,先振动的单摆摆长约为0.25 m
D.单摆P的振动周期总为2 s
C
例10.(2024山东滕州第二中学期中)某中学录播室内的减噪装置结构
如图所示,通过装置的共振可吸收声波。已知其固有频率为
f0=(SI单位),其中σ为薄板单位面积的质量,L为空气层的厚度。
若外界声波频率由300 Hz变为200 Hz,经测试发现它对频率为
300 Hz的声音减噪效果最强,,则(　　)
A.系统振动频率为200 Hz
B.系统振动频率为300 Hz
C.为获得更好减噪效果,可仅减小L的大小
D.为获得更好减噪效果,可仅换用σ更小的薄板
A
谢
谢
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听