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EDUCATION
Heilongjiang Provincial Experimental High School
2.6 受迫振动 共振
新课引入
怎么用物理知识解释玻璃杯破碎这一现象的原因呢？
复习回顾
弹簧振子：
单摆：
弹簧振子和单摆在没有外力干预情况下做简谐运动，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。
任务1：振动中的能量损失
问题1：现实生活中是否存在固有振动？如图荡秋千时，人坐在秋千座板上抓住钢索不动，从一定的高度摆下，之后秋千的振幅如何变化？为什么？
问题2：如图弹簧振子在实际的振动中振幅如何变化？能一直振动下去么？为什么？
由于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内能。
任务1：振动中的能量损失
阻尼振动：振幅随时间逐渐减小的振动。
振动周期与振幅无关，故阻尼振动中周期和频率不变！
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任务2：受迫振动
问题3：阻尼振动最终要停下来，怎样才能产生持续的振动呢？
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。
1.驱动力：周期性作用于振动系统的外力。
2.受迫振动：系统在驱动力作用下的振动。
实验：研究受迫振动的频率
问题4：物体做受迫振动的频率与什么因素有关呢？如何通过实验进行研究？
任务2：受迫振动
实验结论：受迫振动稳定时的频率等于驱动力的频率，与系统的固有频率无关。
演示实验：共振仪观察振幅的差别
问题5：物体做受迫振动的振幅是否也跟它的固有频率无关呢
驱动摆振动时，会通过上方横梁给其他各摆施加驱动力，使其余各摆做受迫振动。
当自身摆长与驱动摆摆长相同时，其固有频率和驱动力的频率相等，受迫振动的振幅最大。
问题6：各摆的固有频率取决于什么？
问题7：驱动力的频率取决于什么？
实验探究：自制摆做受迫振动
调速往复电机
提供驱动力并改变驱动力频率
手机传感器测频率与振幅
任务3：共振现象及其应用
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。
演示实验：共振音叉
任务3：共振现象及其应用
利用共振：应使驱动力的频率接近或等于振动物体的固有频率。
4.应用与危害：
制作转速计：把一些不同长度的钢片安装在同一个支架上。转速计与开动的机器紧密接触，机器的振动引起转速计的轻微振动，这时固有频率与机器转速一致的那个钢片发生共振，振幅最大。读出这个钢片的固有频率，就可以知道机器的转速。
任务3：共振现象及其应用
利用共振：应使驱动力的频率接近或等于振动物体的固有频率。
4.应用与危害：
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。
任务3：共振现象及其应用
4.应用与危害：
防止共振：应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。
桥梁、码头等各种建筑的设计施工中，以及飞机、汽车、轮船的发动机等机器设备的设计、制造、安装中，都必须考虑防止共振产生的危害，以保证建筑和设备的安全。
沪通长江大桥安装阻尼器
军队过桥便步走，火车过桥慢行
任务3：共振现象及其应用

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