【物理】受迫振动 共振课件-2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

2.6 受迫振动 共振人教版（2019）高中物理（选择性必修第一册）第二章 机械振动观察和思考新课引入你是否可以用物理知识解释溅起层层水花这一现象的原因呢？第第 2 2 页页 课堂导入回顾：简谐回顾：简谐运动运动固有周期固有周期(频率频率)：固有振动的固有振动的周期周期(频率频率)。由振动物体由振动物体本身的性质（本身的性质（自自身结构身结构）决定，与振幅无关。决定，与振幅无关。弹簧振子：弹簧振子：单摆：单摆：均为理想化模型均为理想化模型固有振动（自由振动）：固有振动（自由振动）：振动系统在在振动系统在在没有外力干预没有外力干预的情况下，仅在自身结构影的情况下，仅在自身结构影响下的振动；响下的振动；第第 3 3 页页 课堂导入思考：思考：现实生活中是否存在现实生活中是否存在固有振动固有振动？振动中的能量会损失，机械能会减小振动中的能量会损失，机械能会减小若振动过程中存在阻力，它的振幅又发生如何变化呢？若振动过程中存在阻力，它的振幅又发生如何变化呢？1.1.阻尼振动：阻尼振动：振动系统在阻尼（摩擦或其他阻力）作用下的振动系统在阻尼（摩擦或其他阻力）作用下的振幅逐渐减小振幅逐渐减小的振动。的振动。生活中的实际的振动一定有空气阻力，生活中的实际的振动一定有空气阻力，故一定是故一定是阻尼振动阻尼振动一、一、固有振动固有振动机械能转化为内能机械能转化为内能二、阻尼振动二、阻尼振动问题：阻尼振动的问题：阻尼振动的x-tx-t图像？图像？2.2.2.2.原因：原因：原因：原因：l受力：受到阻力（外力）受力：受到阻力（外力）l能量：机械能转化为内能能量：机械能转化为内能1.1.阻尼振动：阻尼振动：振动系统在阻尼（摩擦或其他阻力）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。作用下的振幅逐渐减小的振动。第第 5 5 页页 知识讲解3.3.阻尼振动的图像阻尼振动的图像4.4.特点：特点：（1 1）振幅不断减少；振幅不断减少；振动中的能量会损失振动中的能量会损失（2 2）振动系统受到的）振动系统受到的阻尼越大阻尼越大，振幅减小得振幅减小得越快越快，阻尼过大时，阻尼过大时，系统将不能发生振动。系统将不能发生振动。第第 6 6 页页 知识讲解二、阻尼振动二、阻尼振动生活中的实际的振动一定有空气阻力，故是生活中的实际的振动一定有空气阻力，故是阻阻尼振动尼振动第第 7 7 页页 知识讲解2.特征：(1)有一个“中心位置”，也是振动物体静止时的位置；(2)运动具有往复性。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！TTT阻尼振动的能量有什么特点？物体在做阻尼振动的过程中，总机械能逐渐减小，物体位移大小相等时，势能大小相等，但动能与上一次相比将减小。新课讲授第第 8 8 页页 知识讲解4.能力衰减的方式通常有两种：能力衰减的方式通常有两种：由于振动系统受到摩擦阻力的作用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。由于振动系统引起邻近介质中质点的振动振动系统引起邻近介质中质点的振动，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。新课讲授第第 9 9 页页 知识讲解音叉振动辐射能量新课讲授新课讲授第第 1010 页页 知识讲解新课讲授思考与讨论：1.阻尼振动最终要停下来，那么怎样才能产生持续的振动呢？2.通过刚才的视频，你可以想到的一个最简单的办法是什么？新课讲授第第 1111 页页 知识讲解三、受迫振动三、受迫振动1.驱动力驱动力:作用于振动系统的周期性的外力周期性的外力。2.受迫振动受迫振动:系统在驱动力作用下的振动驱动力作用下的振动叫作受迫振动受迫振动。例如：机械运转时底座发生的振动、扬声器纸盆的振动，都是受迫振动。受迫振动的频率与什么有关呢受迫振动的频率与什么有关呢？新课讲授第第 1212 页页 知识讲解（三）受迫振动的应用实例跳板在人走过时发生的振动机器底座在机器运转时发生的振动听到声音时耳膜的振动电磁打点计时器的振针所做的振动振针振针新课讲授第第 1313 页页 知识讲解研究受迫振动的频率研究受迫振动的频率大量的实验都证实：大量的实验都证实：物体做受迫振动达到稳定后，物体振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。动的频率等于驱动力的频率，与物体的固有频率无关。新课讲授第第 1414 页页 知识讲解物体做受迫振动的振幅是否也跟它的固有频率无关呢?结论：驱动力的频率等于振动物体的固有频率时，振幅最大；驱动力的频率跟固有频率相差越大，振幅越小。新课讲授第第 1515 页页 知识讲解1.1.定义：定义：驱动力的频率驱动力的频率f 等于物体的固有频率等于物体的固有频率f0时，受迫振动的振幅最大，这种现时，受迫振动的振幅最大，这种现象叫做象叫做共振共振。横轴：表示驱动力的频率横轴：表示驱动力的频率纵轴：表示受迫振动的振幅纵轴：表示受迫振动的振幅2.2.共振曲线：共振曲线：3.3.受迫振动的规律受迫振动的规律f驱驱=f固固 时，振幅有最大值；时，振幅有最大值；f驱驱 与与 f固固 差别越大时，振幅越小。差别越大时，振幅越小。四、共振现象四、共振现象新课讲授第第 1616 页页 知识讲解 共振是十分普遍的现象，在工程技术的许多领域都可以观察到它，都要应用它，例如：洗衣机启动和停止时，随着电洗衣机启动和停止时，随着电机转速的变化，有时洗衣机会振动机转速的变化，有时洗衣机会振动得很厉害。得很厉害。将钢片安装在支架上制作转将钢片安装在支架上制作转速计，读出钢片的固有频率，就速计，读出钢片的固有频率，就可以知道机器的转速。可以知道机器的转速。有什么办法防止共振有什么办法防止共振？有有利利有有弊弊尽量使驱动力的频率与固有频率间的差距增大。尽量使驱动力的频率与固有频率间的差距增大。新课讲授第第 1717 页页 知识讲解微波炉加热原理：微波炉加热原理：食物中水分子的振动频率约为食物中水分子的振动频率约为2500MHz2500MHz。微波炉加热食品时，炉。微波炉加热食品时，炉内产生大致相同频率的电磁波，也称为内产生大致相同频率的电磁波，也称为“微波微波”。使食物中的。使食物中的水分子做受迫振动，水分子做受迫振动，发生共振发生共振，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，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。物体内部的整体加热，极大地提高了加热效率。新课讲授第第 1818 页页 知识讲解新课讲授声音的共振应用与危害新课讲授第第 1919 页页 知识讲解新课讲授大桥的共振应用与危害新课讲授第第 2020 页页 知识讲解你知道有哪些措施可以有效避免共振的危害？沪通长江大桥安装阻尼器沪通长江大桥安装阻尼器新课讲授第第 2121 页页 知识讲解新课讲授思考与讨论：1.生活中，开车过减速带时，通常让车减速慢行，为什么？2.吉他琴弦的声音很小，几乎听不见，但是弦被安装在谐振器体上后，弦乐的声音就会被放大，为什么？3.洗衣机在停止转动前，会有一小段时间振动特别剧烈，为什么？新课讲授第第 2222 页页 知识讲解1、受迫振动的频率等于振动系统的固有频率（、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（、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（、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（驱动力频率越小，振幅越小（）5、驱动力的频率驱动力的频率f越接近振动系统的固有频率越接近振动系统的固有频率f0，受迫振动的振幅，受迫振动的振幅 越大，反之振幅越小（越大，反之振幅越小（）课堂练习第第 2323 页页 课堂检测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时刻的机械能答案:B解析:弹簧振子做阻尼振动,所以A时刻的机械能大于B时刻的机械能,选项C、D错;弹簧的弹性势能与弹簧的形变量(即位移)有关,所以选项B对;振子在A时刻的动能大于B时刻的动能,选项A错。课堂练习第第 2424 页页 课堂检测2.如图所示,两个弹簧振子悬挂在同一个支架上,已知甲弹簧振子的固有频率为8 Hz,乙弹簧振子的固有频率为72 Hz,当支架在竖直方向且频率为9 Hz的驱动力作用下做受迫振动时,两个弹簧振子的振动情况是()A.甲的振幅较大,且振动频率为8 HzB.甲的振幅较大,且振动频率为9 HzC.乙的振幅较大,且振动频率为9 HzD.乙的振幅较大,且振动频率为72 Hz答案:B解析:支架在竖直方向且频率为9 Hz的驱动力作用下做受迫振动时,甲、乙两个弹簧振子都做受迫振动,它们振动的频率都等于驱动力的频率9 Hz,由于甲的固有频率接近于驱动力的频率,所以甲的振幅较大,故选项B正确,A、C、D错误。课堂练习第第 2525 页页 课堂检测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 sB课堂练习第第 2626 页页 课堂检测4.(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解析:切断电源后脱水桶的转速越来越小,即脱水桶的运转频率越来越小。当洗衣机脱水桶正常工作时,非常稳定,则正常工作时的频率大于洗衣机的固有频率,故选项A正确;当振动最剧烈时,洗衣机发生了共振,即选项D正确。AD课堂练习第第 2727 页页 课堂检测5.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LcLbLdLaLe，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()A4个单摆的周期TcTdTaTeB4个单摆的频率fafcfdfeC4个单摆的振幅AaAcAdAeD4个单摆中c摆振幅最大【答案】B课堂练习第第 2828 页页 课堂检测