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(共37张PPT)
“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？
无外力干预
理想化模型
简谐运动
振幅不变，机械能守恒
现实生活中是否存在简谐运动？若振动过程中存在阻力，它的振幅又发生如何变化呢？
由于实际的振动系统都会受到摩擦力、黏滞力等阻碍作用，振幅必然逐渐减小，最终停止
弹簧振子
单摆
1.固有振动和固有频率
(1)固有振动：振动系统在没有外力干预的情况下的振动.
(2)固有频率：固有振动的频率.由系统本身的性质决定，与振幅大小无关.
弹簧振子周期公式
单摆的周期公式
2.阻尼振动
(1)定义：振动系统受到阻碍的作用，振幅随时间逐渐减小的振动.
(2)阻尼振动的图像
(3)阻尼振动中振动系统能量衰减的方式
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：秋千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.
阻尼振动中，在振幅逐渐减小的过程中，振动系统的周期和频率会发生变化吗？
T
T
T
不变。振子的频率和周期与振幅无关。
(1)阻尼振动的振幅逐渐减小，机械能逐渐减小。(　　)
(2)阻尼振动的振幅逐渐减小，同时周期也逐渐减小。(　　)
(3)阻尼振动可能是简谐运动。(　　)
√
×
×
1.(2023·福建省福安市月考)如图是一单摆做阻尼振动的位移—时间图像，比较摆球在M与N时刻的物理量(EpM代表M点重力势能，EpN代表N点重力势能)，以下说法正确的是
A.速率vM＝vN B.受到的拉力FM>FN
C.重力势能EpM>EpN D.机械能EM√
实际的振动一定是阻尼振动.摇曳的树叶会停下来，摆动的秋千也会停止运动.那么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。
受迫振动
①跳板在人走过时发生的振动
②机器底座在机器运转时发生的振动
③听到声音时耳膜的振动
④电磁打点计时器的振针所做的振动
受迫振动实例：
振针
针头
结论：物体做受迫振动时，振动稳定后的频率等于驱动力的频率，跟物体的固有频率无关.
受迫振动的频率与什么因素有关呢？
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.
2.受迫振动
(1)定义：系统在驱动力作用下的振动.
(2)受迫振动的频率(周期)：
物体做受迫振动达到稳定后，其振动频率总等于驱动力的频率，与系统的固有频率无关.
受迫振动中，若周期性的驱动力给系统补充的能量与系统因阻尼振动消耗的能量相等，那么物体振动的振幅是否变化？它能否看成简谐运动？
物体做等幅振动，但此振动不是简谐运动。
(1)受到阻力作用的振动一定是阻尼振动。(　　)
(2)受迫振动的振幅越来越大。(　　)
(3)受迫振动稳定后的频率与振动系统的固有频率无关。(　　)
×
×
√
2.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。
(1)开始时不转动摇把，而用手往下拉振子，然后放手让振子上下振动，测得振子在10 s内完成20次全振动，
不考虑阻力，振子做什么振动？其周期和频率各是多少？若考虑阻力，振子做什么振动？
固有振动　0.5 s　2 Hz　阻尼振动
(2)在振子正常振动过程中，以转速4 r/s匀速转动把手，振子的振动稳定后，振子做什么振动？其周期是多少？
受迫振动　0.25 s
类型 项目 固有振动 阻尼振动 受迫振动
概述 振动图像(x－t图像)是一条正弦曲线 振幅逐渐减小的振动 振动系统在驱动力作用下的振动
产生条件 不受阻力作用 受阻力作用 受阻力和驱动力作用
频率 固有频率 固有频率 驱动力频率
振幅 不变 减小 大小不确定
振动图像 形状不确定
振动能量 振动系统的机械能不变 机械能逐渐减小 驱动力对振动系统做功，补偿系统的能量损耗
常见例子 弹簧振子或单摆 敲锣打鼓时发出的声音越来越弱 机器运转时底座发生的振动
物理的极致美感—神奇的沙子共振
科学家的灵窍、诗人的心扉、画家的慧眼，此三者所感受到的都是同样的和谐、同样的优美、同样的富有韵律与节奏。
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。
1.定义
驱动力的频率f 等于系统的固有频率f0时，受迫振动的振幅最大，这种现象叫作共振.
2.共振曲线(如图所示)
共振
3.共振的防止与利用
(1)利用：由共振的条件知，要利用共振，就应尽量使驱动力的频率与物体的固有频率一致.如：共振筛、荡秋千、共振转速计等.
(2)防止：由共振曲线可知，在需要防止共振危害时，要尽量使驱动力的频率和固有频率不相等，而且相差越大越好.如：部队过桥应便步走.
共振
共振筛
转速计
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。
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。
共振的应用
共鸣箱
几乎所有乐器都利用共振达到放大某一频率，同时抑制其他频率声音的目的。
共鸣现象
唐朝时候，洛阳某寺一僧人房中挂
着的一件乐器，经常莫名其妙地自
动鸣响，僧人因此惊恐成疾，四处
求治无效。他有一个朋友是朝中管
音乐的官员，闻讯特去看望他。这
时正好听见寺里敲钟声，那件乐器
又随之作响。于是朋友说：你的病我可以治好，因为我找到你的病根了。只见朋友找到一把铁锉，在乐器上锉磨几下，乐器便再也不会自动作响了.
微波炉
微波炉加热食品时，炉内产生电磁波（微波），使食物中的水分子作受迫振动，发生共振，导致水分子振动激烈，从而使食物的温度迅速升高。
借助了共振的原理：靠摩擦身体的某一部位与空气产生共振（共鸣）而发声。
蝉
共振的防止
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，造成226名官兵死亡．因为大队士兵迈步的频率正好与大桥的固有频率一致，使桥体的振动加强，当它的振幅达到甚至超过桥梁的形变能力时，桥就断了．
1940年11月7日早晨，跨度为850m的美国塔科马峡湾悬索大桥遭到了一场大风的袭击，引发了桥梁的扭转共振。人们束手无策，只能眼看着大桥扭转晃动的幅度越来越大。两小时后，这座建成通车仅4个月的大桥轰然倒塌。
因为喊叫声中某一频率若正好与山上积雪的固有频率相吻合，就会因共振引起雪崩，其后果十分严重。
登雪山运动员登山时严禁大声喊叫？
振动控制技术
港珠澳大桥
目前，我国许多大型建筑工程中都采用了振动控制技术.
固有周期为0.5s,固有频率为2HZ
1.在目标二导练2中，以4 r/s的转速匀速转动把手，稳定后逐渐减小转速，振子的振幅会如何变化？
减小摇把转速，振子做受迫振动的周期增大，当其接近0.5 s时，振幅最大，所以转速逐渐减小时，振子的振幅先增大后减小。
2.洗衣机在衣服脱水完毕关闭电源后，脱水桶还要转动一会才能停下来。在关闭电源后，发现洗衣机先振动得比较弱，有一阵子振动得很剧烈，然后振动慢慢减弱直至停下来。
(1)开始时，洗衣机为什么振动比较弱？
开始时，脱水桶转动的频率远高于洗衣机的固有频率，振幅较小，振动比较弱。
(2)期间剧烈振动的原因是什么？
当洗衣机脱水桶转动的频率等于洗衣机的固有频率时发生共振，振动剧烈。
(1)驱动力频率越大，受迫振动的振幅越大。(　　)
(2)做受迫振动的物体一定会发生共振。(　　)
×
×
A.B、C、D中B的摆长最长，振幅最大
B.B、C、D中C的振幅最大
C.B、C、D中因D的质量最小，故其振幅是最大的
D.A、B、C、D四个单摆的周期均相同
√
√
4.(2023·广东揭阳市高二期末)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)，则下列说法正确的是
A.此单摆的固有周期约为1 s
B.此单摆的摆长约为2 m
C.若摆长变小，共振曲线的峰将右移
D.若摆长增大，单摆的固有频率增大
√
5.(多选)(2023·长春二中月考)铺设铁轨时，每两根钢轨接缝处都必须留有一定的间隙，匀速运行的列车经过轨端接缝处时，车轮就会受到一次冲击。由于每一根钢轨长度相等，所以这个冲击力是周期性的，列车受到周期性的冲击做受迫振动。普通钢轨长为12.6 m，列车的固有周期为0.315 s。下列说法正确的是
A.列车的危险速率为40 m/s
B.列车过桥需要减速，是为了防止列车发生共振现象
C.列车运行的振动频率和列车的固有频率总是相等的
D.增加钢轨的长度有利于列车高速运行
√
√
一：振动中的能量损失
二：受迫振动
三：共振现象及其应用
受迫振动 共振
驱动力
周期性外力
受迫振动
驱动力下的振动
振动频率等于驱动力频率，与固
有频率无关
共振现象
f驱=f固，振幅达到最大值
共振曲线
f驱与f固相差越大，振幅越小
共振的利用与防止
固有振动和固有频率
阻尼振动
无外力干预
受阻碍作用
振幅逐渐减小，周期、频率不变
能量衰减
仅有振动系统本身有关

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