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(共22张PPT)
第二章 机械振动
6.受迫振动 共振
教学目标
CONTENT
01
02
03
知道共振现象及其产生条件
知道共振的应用和危害
知道阻尼振动和阻尼振动能量的转化情况
知道受迫振动及其产生条件掌握物体受迫振动的特点
“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，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？
新课引入
简谐运动中动能和势能在发生相互转化，但机械能的总量保持不变，即机械能守恒。振动的能量与振幅有关，振幅越大，振动的能量越大。
如果振动系统不受外力的作用，此时的振动叫做固有振动，其振动频率称为固有频率。
固有周期和固有频率：由系统本身的特征决定，与振幅无关。
弹簧振子：
单摆：
通过对弹簧振子及单摆的研究，我们知道弹簧振子与单摆在没有外力干预的情况下做简谐运动，周期或频率与振幅无关，仅由系统自身的性质决定。
复习回顾
树叶的摆动 荡秋千
共同特点：
思考与讨论
由于阻力作用，振幅逐渐减小。
1．阻尼振动
(1)定义：当振动系统受到阻力的作用时，振幅逐渐减小，这种振动称为阻尼振动．
(2)阻尼振动的周期和频率：
阻尼振动的频率(周期)不变，
其频率为固有频率，由系统
本身决定．
振动中的能量损失
一
知能提升
2．振动系统能量衰减方式：
(1)一种是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)另一种是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。
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
简谐运动与阻尼振动的比较
振幅 不变 减小
频率 由系统本身决定 频率不变
振动图像
怎样才能使受阻力的振动的物体的振幅不变，而一直振动下去呢？比如我们在荡秋千的时候，如何能让秋千一直摆动呢？
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，使系统持续地振动下去。
思考与讨论
1.驱动力：
作用在振动系统上的周期性外力
2.受迫振动：
物体在周期性变化的驱动力作用下的振动叫做受迫振动。
受迫振动
二
知能提升
①开始时不转动摇把，让振子上下自由振动，记录其频率
②匀速转动摇把，当振子振动稳定时，记录振动频率
③受迫振动的频率与什么因素有关呢？
研究受迫振动的频率
振动稳定后的频率等于驱动力的频率，跟物体自身的固有频率无关。
3.受迫振动特点：
做一做
受迫振动的振幅和它的固有频率的关系
共振现象及其应用
三
知能提升
1.共振：当驱动力的频率跟物体的固有频率相等时，物体做受迫振动的振幅最大，这种现象叫做共振。声音的共振现象叫共鸣。
2.共振的条件：f驱＝f固，即驱动力的频率与物体的固有频率相等。
3.共振曲线：如图所示，共振曲线的横坐标为驱动力的频率，纵坐标为受迫振动物体的振幅。
4.共振的应用与防止:
共振的应用
应用1:建筑工地共振筛
应用2:共鸣
共振的防止
防止1:军队过桥便步走,
火车过桥慢行
防止2:登山时严禁大声喊叫，
防止引起雪崩
例．如图所示为单摆做阻尼振动时的振动图线，下列说法正确的是（ ）
A.摆球在A时刻的动能等于在B时刻的动能
B.摆球在A时刻的势能等于在B时刻的势能
C.摆球在A时刻的机械能等于在B时刻的机械能
D.摆球在后一时刻的动能总比前一时刻的动能小
解析： 在A、B两时刻由于单摆离开平衡位置的距离(或所处的高度)相同，所以势能相同，而总机械能在B时刻较小，所以在B时刻的动能比A时刻的动能小，故A项错误，B项正确；由于单摆在阻尼振动中，要不断地克服阻力做功，所以系统的机械能不断减少，即后一时刻的机械能一定小于前一时刻的机械能，C项错误；阻尼振动中，在摆球向平衡位置运动过程中，速度变大，动能逐渐变大，故D项错误。
B
典例精析
一、振动中的能量损失
二、受迫振动
三、共振现象及其应用
课堂小结
1.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 s
解析：匀速转动摇把后，振子将做受迫振动，驱动力的周期跟摇把转动的周期是相同的，振子做受迫振动的周期又等于驱动力的周期，其频率也等于驱动力的频率，与振子自由上下振动频率无关。摇把匀速转动时的转速为240 r/min＝4 r/s，所以驱动力的周期
B
跟踪练习
2.(多选)单摆在空气中做阻尼振动,下列说法正确的是 (　　)
A.振动的机械能逐渐转化为其他形式的能量
B.后一时刻摆球的动能一定比前一时刻小
C.后一时刻摆球的势能一定比前一时刻小
D.后一时刻摆球的机械能一定比前一时刻小
解析:由于单摆在空气中做阻尼振动,克服空气、摩擦阻力做功,使机械能不断减少而转化为内能。后一时刻的动能和势能不一定比前一时刻小,但后一时刻摆球的机械能一定比前一时刻小。
AD　
3.(多选)下列说法正确的是(　　)
A.实际的自由振动一定是阻尼振动
B.在外力作用下的振动是受迫振动
C.阻尼振动的振幅越来越小
D.受迫振动稳定后的频率与振动系统自身物理条件无关
解析:实际的自由振动,必须不断克服外界阻力做功而消耗能量,振幅会逐渐减小,所以必然是阻尼振动,故选项A、C正确;只有在周期性外力(驱动力)作用下的物体所做的振动才是受迫振动,故选项B错误;受迫振动稳定后的频率由驱动力的频率决定,与自身物理条件无关,故选项D正确。
ACD
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。
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