受迫振動(dòng)共振課件-高二上學(xué)期物理人教版選擇性

第二章機(jī)械振動(dòng)2.6受迫振動(dòng)共振目錄14振動(dòng)中的能量損失小結(jié)和練習(xí)2受迫振動(dòng)2共振現(xiàn)象及其應(yīng)用?問(wèn)題導(dǎo)入“洗”是古代盥洗用的臉盆，多用青銅鑄成，現(xiàn)代亦有許多仿制的工藝品。倒些清水在其中，用手掌慢慢摩擦盆耳，盆就會(huì)發(fā)出嗡嗡聲，到一定節(jié)奏時(shí)還會(huì)濺起層層水花。這是為什么？振動(dòng)中的能量損失011固有振動(dòng)

彈簧振子和單擺在沒(méi)有外力干預(yù)的情況下做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，周期或頻率與振幅無(wú)關(guān)，僅由系統(tǒng)自身的性質(zhì)決定。如果振動(dòng)系統(tǒng)不受外力的作用，此時(shí)的振動(dòng)叫作固有振動(dòng)，其振動(dòng)頻率稱(chēng)為固有頻率。2阻尼振動(dòng)彈簧振子和單擺是理想化的模型，其中一個(gè)理想化的條件就是忽略阻力，如果考慮到阻力的影響，彈簧振子和單擺的運(yùn)動(dòng)會(huì)是什么樣的？系統(tǒng)的能量如何變化？振幅越來(lái)越小，系統(tǒng)的機(jī)械能減少，最后停止振動(dòng)。2阻尼振動(dòng)由于實(shí)際的振動(dòng)系統(tǒng)都會(huì)受到摩擦力、黏滯力等阻礙作用，振動(dòng)系統(tǒng)最初所獲得的能量，在振動(dòng)過(guò)程中必然因需要不斷克服阻力做功而逐漸減小，導(dǎo)致振幅幅度逐漸衰減。這種振幅隨時(shí)間逐漸減小的振動(dòng)稱(chēng)為阻尼振動(dòng)。阻尼振動(dòng)的振動(dòng)圖像應(yīng)該是怎樣的呢，試著畫(huà)一下？2阻尼振動(dòng)阻尼振動(dòng)的圖像2阻尼振動(dòng)思考：阻尼振動(dòng)中，由于存在阻力，振幅不斷減小，故振動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械能將不斷減少，那么，振動(dòng)系統(tǒng)的周期和頻率也會(huì)發(fā)生變化嗎？TTT振動(dòng)的周期和頻率不變。例如敲響的音叉和銅鑼?zhuān)罱K會(huì)停止響動(dòng)，但是音調(diào)始終不變。3振動(dòng)能量實(shí)際振動(dòng)的理想化：當(dāng)阻尼很小時(shí)，在不太長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)看不出振幅有明顯的減小，于是可以把它當(dāng)成簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)來(lái)處理。阻尼振動(dòng)的特點(diǎn)：（1）振幅隨時(shí)間逐漸減小，振動(dòng)系統(tǒng)受到的阻尼越大，振幅減小得越快，當(dāng)阻尼過(guò)大時(shí)，系統(tǒng)將不再發(fā)生振動(dòng)；（2）振動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械能逐漸減少，最終要停下來(lái)；（3）振動(dòng)的頻率或周期不變；3振動(dòng)能量衰減的方式振動(dòng)系統(tǒng)能量衰減的方式通常有兩種：1．一種是由于摩擦阻力的存在，例如彈簧振子和單擺周?chē)諝獾冉橘|(zhì)的阻力和支撐面的摩擦力作用，使振動(dòng)的機(jī)械能逐漸轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；2．一種是由于振動(dòng)系統(tǒng)引起鄰近介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)，振動(dòng)向外傳播出去，使能量以波動(dòng)的形式向四周“輻射”，從而自身的機(jī)械能減少。例如音叉在振動(dòng)時(shí)，不僅要克服阻力做功而消耗能量，同時(shí)還因?yàn)椤拜椛洹甭暡ǘ鴵p失能量。3振動(dòng)能量衰減的方式實(shí)際生活中振動(dòng)系統(tǒng)都會(huì)受到阻力作用，振動(dòng)的能量總會(huì)減少，振動(dòng)終會(huì)停下來(lái)。那么有什么辦法能讓振動(dòng)持續(xù)存在呢？受迫振動(dòng)021實(shí)際生活中，由于阻尼作用振動(dòng)終會(huì)停止，要維持系統(tǒng)的持續(xù)振動(dòng)，最簡(jiǎn)單的辦法是使周期性的外力作用于振動(dòng)系統(tǒng)，外力對(duì)系統(tǒng)做功，補(bǔ)償系統(tǒng)的能量損耗，使系統(tǒng)的振動(dòng)持續(xù)下去。受迫振動(dòng)1作用于振動(dòng)系統(tǒng)的這種周期性外力叫作驅(qū)動(dòng)力，系統(tǒng)在驅(qū)動(dòng)力作用下的振動(dòng)叫作受迫振動(dòng)。受迫振動(dòng)思考：物體做受迫振動(dòng)時(shí)，振動(dòng)穩(wěn)定后頻率是否還是振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率？1研究受迫振動(dòng)的頻率受迫振動(dòng)如圖所示，架子上面的電動(dòng)機(jī)向下面的兩組彈簧—鉤碼系統(tǒng)施加周期性的驅(qū)動(dòng)力，使鉤碼做受迫運(yùn)動(dòng)。改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以調(diào)整驅(qū)動(dòng)力的頻率。

接通電源，使鉤碼做受迫振動(dòng)，記錄驅(qū)動(dòng)力的頻率和鉤碼振動(dòng)的頻率。改變驅(qū)動(dòng)力的頻率，再做記錄。鉤碼做受迫振動(dòng)的頻率與驅(qū)動(dòng)力的頻率有什么關(guān)系？1研究受迫振動(dòng)的頻率受迫振動(dòng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：物體做受迫振動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定后，物體的振動(dòng)頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，與物體的固有頻率無(wú)關(guān)。共振現(xiàn)象及其應(yīng)用031在周期性驅(qū)動(dòng)力作用下的受迫振動(dòng)，其振幅是否也跟它的固有頻率無(wú)關(guān)呢？受迫振動(dòng)的振幅1做一做

如圖，在鐵架橫梁上掛著幾個(gè)擺長(zhǎng)不同的擺。受迫振動(dòng)的振幅①幾個(gè)小球的固有頻率的大小關(guān)系是怎樣的？②振動(dòng)穩(wěn)定后，這幾個(gè)球的振動(dòng)頻率的大小關(guān)系是怎樣的？③振動(dòng)穩(wěn)定后，這幾個(gè)球的振幅的大小關(guān)系是怎樣的？1結(jié)論：

驅(qū)動(dòng)力的頻率與振動(dòng)物體的固有頻率相差越小，受迫振動(dòng)的振幅越大；驅(qū)動(dòng)力的頻率等于振動(dòng)物體的固有頻率時(shí)，受迫振動(dòng)振幅最大。受迫振動(dòng)的振幅2共振

如圖所示，為受迫振動(dòng)的振幅A

與驅(qū)動(dòng)力頻率f

之間的關(guān)系，f0

為物體的固有頻率。當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率等于系統(tǒng)的固有頻率時(shí)，物體做受迫振動(dòng)的振幅達(dá)到最大值，這種現(xiàn)象稱(chēng)為共振。2共振簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)、阻尼振動(dòng)、受迫振動(dòng)、共振的對(duì)比簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)阻尼振動(dòng)受迫振動(dòng)共振受力情況不受阻力作用受阻力作用受驅(qū)動(dòng)力和阻力作用受驅(qū)動(dòng)力和阻力作用振幅不變變小穩(wěn)定后不變穩(wěn)定后最大振動(dòng)頻率由振動(dòng)系統(tǒng)本身決定，即固有頻率由振動(dòng)系統(tǒng)本身決定，即固有頻率由驅(qū)動(dòng)力的周期決定，f受＝f驅(qū)f驅(qū)＝f固振動(dòng)圖像形狀不確定形狀不確定振動(dòng)能量機(jī)械能不變機(jī)械能減少驅(qū)動(dòng)力做功，對(duì)損耗的機(jī)械能進(jìn)行補(bǔ)充振動(dòng)物體所獲得的能量最大實(shí)例彈簧振子或單擺敲鑼?zhuān)屆娴恼駝?dòng)揚(yáng)聲器的紙盆共振篩2共振的利用和防止1．共振的應(yīng)用：共振篩，吉他的共鳴箱，利用共振原理制成的轉(zhuǎn)速計(jì)等。2共振的利用和防止2．共振的防止：現(xiàn)代工程中，如橋梁、大廈，在遇到大風(fēng)天氣時(shí)會(huì)發(fā)生共振，造成倒塌。因此在設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮防止共振產(chǎn)生的危害；2共振的利用和防止2．共振的防止：為了防止共振的危害，現(xiàn)在建筑設(shè)計(jì)會(huì)用到阻尼器，例如調(diào)諧質(zhì)量阻尼器、風(fēng)阻尼器等等；小結(jié)和練習(xí)041小結(jié)1．固有振動(dòng)；2．固有頻率；3．阻尼振動(dòng)；4．受迫振動(dòng)；5．共振：（1）共振的條件；（2）共振的應(yīng)用1．如圖所示，一個(gè)豎直圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，固定在圓盤(pán)上的小圓柱帶動(dòng)一個(gè)T形支架在豎直方向振動(dòng)，T形支架下面系著一個(gè)彈簧和小球組成的振動(dòng)系統(tǒng)，小球浸沒(méi)在水中。當(dāng)圓盤(pán)靜止時(shí)小球在水中振動(dòng)，其阻尼振動(dòng)的頻率約為3Hz?，F(xiàn)使圓盤(pán)以4s的周期勻速運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，小球振動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定，它振動(dòng)的頻率是多少？2練習(xí)

2．如圖所示是單擺做阻尼振動(dòng)的位移x隨時(shí)間t

變化的圖像，下列說(shuō)法正確的是

（）A．阻尼振動(dòng)是一種受迫振動(dòng)B．?dāng)[球在

P

點(diǎn)對(duì)應(yīng)時(shí)刻的重力勢(shì)能大于在

N

點(diǎn)對(duì)應(yīng)時(shí)刻的重力勢(shì)能C．?dāng)[球在

P

點(diǎn)對(duì)應(yīng)時(shí)刻的動(dòng)能大于在

N

點(diǎn)對(duì)應(yīng)時(shí)刻的動(dòng)能D．?dāng)[球在

P

點(diǎn)與

N

點(diǎn)對(duì)應(yīng)時(shí)刻的機(jī)械能相等2練習(xí)C3．如圖所示，張緊的水平繩上吊著甲、乙、丙三個(gè)小球。乙球靠近甲球，丙球遠(yuǎn)離甲球，甲、乙兩球的懸線長(zhǎng)度不同，甲、丙兩球的懸線長(zhǎng)度相同。讓甲球在垂直于水平繩的方向擺動(dòng)，經(jīng)足夠長(zhǎng)時(shí)間，系統(tǒng)振動(dòng)穩(wěn)定后，關(guān)于乙、丙兩球振動(dòng)的周期

T乙、T丙

及振幅

A乙、A丙

的關(guān)系正確的是（）A．T乙＝T丙

A乙

>A丙 B．T乙＝T丙

A乙

<A丙C．T乙

<T丙

A乙＝A丙 D．T乙

>T丙

A乙＝A丙2練習(xí)B4．飛力士棒是一種輕巧的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練器材，是一根彈性桿兩端帶有負(fù)重的器械，如圖a所示。某型號(hào)的飛力士棒質(zhì)量為600g，長(zhǎng)度為1.5m，固有頻率為5.5Hz。如圖b所示，某人用手振動(dòng)該飛力士棒進(jìn)行鍛煉，則下列說(shuō)法正確的是（）A．使用者用力越大，飛力士棒振動(dòng)越快B．手每分鐘振動(dòng)330次時(shí)，飛力士棒產(chǎn)生共振C．手振動(dòng)的頻率增大，飛力士棒振動(dòng)的幅度一定變大D．手振動(dòng)的頻率增大，飛力士棒振動(dòng)的頻率不變2練習(xí)B5．如圖所示為單擺在兩次受迫振動(dòng)中的共振曲線，下列說(shuō)法正確的是（重力加速度

g

取9.8m/s2）（）A．若兩次受迫振動(dòng)分別在月球上