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(共25张PPT)
2.6 受迫振动 共振
学习目标要求 核心素养和关键能力
1.知道什么是阻尼振动以及什么情况下可以把实际发生的振动看成简谐运动。 2.知道什么是驱动力和受迫振动。 3.知道什么是共振以及发生共振的条件。 4.了解共振现象的应用和防止 1.核心素养
(1)理解共振的条件和共振曲线。
(2)通过实验探究共振的条件。
2.关键能力
比较、归纳分析问题的能力
2.6 受迫振动 共振
导入与思考
“洗”是古代盥洗用的脸盆，多用青铜铸成，现代亦有许多仿制的工艺品。倒些清水在其中，用手掌慢慢摩擦盆耳，猜想会发生什么现象？
龙 洗
盆就会发出嗡嗡声，到一定节奏时还会溅起层层水花。这是为什么？
物体的振动周期与频率由振动物体本身的性质决定，与振幅无关。
弹簧振子：
单摆：
均为理想化模型
回忆：让单摆、弹簧振子自由振动，忽略空气阻力，则单摆，弹簧振子做什么运动？
探究思考
弹簧振子、单摆做简谐运动
一、固有振动
固有振动：振动系统在在没有外力干预的情况下，
仅在自身结构影响下的振动；
固有周期(频率)：由自身结构所决定的周期T0(f0)
均为理想化模型
生活中，摇曳的树叶会停下来，摆动的秋千也会停止运动。
由于实际的振动系统都会受到摩擦力、黏滞力等阻碍作用，振幅必然逐渐减少。
阻尼振动图像
思考：现实生活中是否存在固有振动？
若振动过程中存在阻力，它的振幅又发生如何变化呢？
振动中的能量会损失，机械能会减小
二、振动中的能量损失
振动系统在阻尼（摩擦或其他阻力）作用下的振幅随时间逐渐减小的振动。
1.阻尼振动：
2、振动系统能量衰减的两种方式：
（1）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为内能。
例如单摆运动时受到空气的阻力。
（2）由于振动系统引起邻近介质中各质点的振动，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。
二、振动中的能量损失
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！
T
T
T
二、阻尼振动
单摆：
振动中的能量会损失
简谐运动 阻尼振动
产生条件 理想模型，不受阻力
受到阻力作用
振幅 不变 减小
频率 由系统本身决定 频率不变
振动图像
二、阻尼振动
简谐运动与阻尼振动的比较
二、阻尼振动
想一想：阻尼振动最终要停下来，那么怎样才能产生持续的振动呢？
产生持续的振动最简单的办法是使周期性的外力作用于振动系统，外力对系统做功，补偿系统的能量损耗，使系统的振动维持下去。
1.简谐运动、阻尼振动和受迫振动的比较
项目 简谐运动 阻尼振动 受迫振动
受力 情况 受到阻力作用 受阻力和驱动力作用
振幅 振幅不变 振幅会越来越小 稳定后振幅不变
振动 周期 或频率 由振动系统本身决定,即固有周期或固有频率 由振动系统本身决定,即固有周期或固有频率 由驱动力周期或频率决定,即T=T驱或f=f驱
三、受迫振动
不受阻力作用
振动 图像 形状不确定
振动 能量 振动物体的机械能不变 振动物体的机械能减少 由产生驱动力的物体提供
实例 弹簧振子的振动 用锤敲锣,发出响亮的锣声,但锣声越来越弱,锣面的振幅越来越小,但音调不变 钟摆的摆动
项目 简谐运动 阻尼振动 受迫振动
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。
四、共振现象
4.共振的应用
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。
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。
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；
f驱 = f固
共鸣箱
几乎所有乐器都利用了共振达到放大某一频率，同时抑制其他频率声音的目的。
原子和分子的共振能够制造各种光源（如日光灯、激光），也能制造电子表、原子钟等。
4.共振的应用
f驱 = f固
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。
4.共振的应用
f驱 = f固
4.共振的防止
大风作用下桥面发生共振，导致大幅度振动，美国的全长860米的塔柯姆大桥在建成后的4个月就因风共振而倒塌 。
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。
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。
共振的防止
物体发生共振时，很容易因为吸收能量过多，振幅过大而损伤物体。
1.(多选)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.机械能不守恒,周期不变
D.机械能越来越小,周期变大
BC
解析:单摆做阻尼振动时,振幅会减小,机械能减小,振动周期不变,故选项B、C正确。
课堂练
2.(多选)下列振动,不属于受迫振动的是(　 　)
A.用重锤敲击一下悬吊着的钟后,钟的振动
B.打点计时器接通电源后,振针的振动
C.小孩睡在自由摆动的吊床上,小孩随着吊床一起摆动
D.弹簧振子在竖直方向上沿上下方向振动
ACD
解析:受迫振动是指在周期性驱动力作用下的振动,故A、C、D都是自由振动,B是受迫振动。
课堂练
3如图所示,松果采摘机利用机械臂抱紧树干,通过采摘振动头振动而摇动树干,使得松果脱落。下列说法正确的是(　 　)
A.工作中,树干的振动频率等于采摘振动头的振动频率
B.采摘振动头振动频率越高,则落果的效果越好
C.采摘振动头振动频率越高,则树干的振动幅度越大
D.采摘振动头停止振动,则树干的振动频率逐渐减小
解析:工作中,树干做的是受迫振动,其振动频率等于采摘振动头的振动频率,故A正确;采摘振动头振动频率和树干的固有频率相同时,振幅最大,落果效果最好,故B、C错误;采摘振动头停止振动,则树干的振动频率不变,振幅逐渐减小,故D错误。
A
课堂练
4.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
课堂练
5.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2 s
B.此单摆的摆长约为2 m
C.若仅摆长增大,单摆的固有频率增大
D.若仅摆长增大,共振曲线的峰将右移
A
课堂练
6.路面共振破碎机用于旧水泥路面的破碎工作。破碎机工作锤头上装有专用传感器,感应路面的振动反馈,由电脑自动调节振动频率,激发锤头下水泥路面局部范围产生共振,使路面内部颗粒间的摩擦阻力迅速减小而崩溃,从而将水泥路面击碎。结合你所学的知识判断以下说法正确的是(　 　)
A.锤头周期性击打路面过程中,传感器接收到的频率就是水泥路面振动的固有频率
B.锤头周期性击打水泥路面停止工作后,水泥路面振动的固有频率随着振幅减小而减小
C.调节振动锤头的振动频率等于水泥路面的固有频率时,水泥路面发生共振
D.水泥路面发生共振时,水泥路面的内部颗粒所做的运动一定是简谐运动
C
课堂练
解析:不管系统的固有频率如何,它做受迫振动的频率总等于周期性驱动力的频率,所以传感器接收到的频率是锤头击打路面的频率,故A错误;系统的固有频率与是否受到外力作用无关,锤头周期性击打水泥路面停止工作后,水泥路面振动的固有频率不变,故B错误;根据共振发生的条件可知,当振动锤头的振动频率等于水泥路面的固有频率时,水泥路面发生共振,故C正确;做简谐运动的物体受到的回复力是振动系统内部的相互作用力,水泥路面发生共振时,其受到外力作用,所以此时水泥路面的内部颗粒所做的运动不是简谐运动,故D错误。

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