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(共25张PPT)
第六节 受迫振动
共振
目录
01
02
受迫振动
振动中的能量损失
03
共振现象及其应用
第一部分：振动中的能量损失
钟摆来回摆动
2.特征：
(1)有一个“中心位置”，也是振动物体静止时的位置；
(2)运动具有往复性。
（一)固有频率
让单摆、弹簧振子自由振动，如果没有外力干扰，则单摆、弹簧振子做什么运动？
单摆、弹簧振子做简谐运动时，其周期或频率与哪些因素有关？
单摆、弹簧振子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（振动系统不受外力的作用）。
弹簧振子，单摆做简谐运动。
倘若振动系统受到外力作用，它将如何运动？
2.特征：
(1)有一个“中心位置”，也是振动物体静止时的位置；
(2)运动具有往复性。
（二)阻尼振动
实验：如图所示的实验装置为一挂在曲轴上的弹簧振子，用手将振子向下拉动一下释放，观察较长一段时间，你发现振子在振动过程中振幅有什么变化？为什么会出现这种现象？
现象：振子在振动的过程中振幅逐渐减小，因为振子在实际振动过程中受到空气的阻碍作用，振动的能量逐渐减少。
阻尼振动：振动系统在阻尼（摩擦或其他阻力）作用下的振幅逐渐减小的振动.
2.特征：
(1)有一个“中心位置”，也是振动物体静止时的位置；
(2)运动具有往复性。
（二)阻尼振动
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
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阻尼振动的能量有什么特点？
物体在做阻尼振动的过程中，总机械能逐渐减小，物体位移大小相等时，势能大小相等，但动能与上一次相比将减小。
第二部分：受迫振动
钟摆来回摆动
2. 图 2.5-2 画出了细线上端的两种不
同的悬挂方式。应该选用哪种方式？为什
么？你还有更好的设计吗？
（一）受迫振动
阻尼振动最终要停下来，那么怎样才能产生持续的振动呢？
最简单的方法是使周期性的外力作用于振动系统，外力做功，补偿系统的能量损失，使系统的振动维持下去。
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。
维持受迫振动的周期性外力
受迫振动的频率与什么因素有关呢？
受迫振动的规律受迫振动稳定时的频率等于驱动力的频率，跟系统的固有频率无关。
你知道受迫振动在生产生活或科学技术有哪些具体应用吗？
2. 图 2.5-2 画出了细线上端的两种不
同的悬挂方式。应该选用哪种方式？为什
么？你还有更好的设计吗？
（二）受迫振动频率探究实验
（三）受迫振动的应用实例
跳板在人走过时发生的振动
机器底座在机器运转时发生的振动
听到声音时耳膜的振动
电磁打点计时器的振针所做的振动
振针
第三部分：共振现象及其应用
钟摆来回摆动
（一）实验探究受迫振动振幅与固有频率关系
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。
（二）共振
共振的定义：在受迫振动中，驱动力的频率等于系统的固有频率时，受迫振动的振幅最大，这种现象叫做共振。
共振曲线：
横轴：表示驱动力的频率，纵轴：表示受迫振动的振幅
尝试描述下特点？
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。
在生活生产或科技领域中，哪些利用了共振，它们工作原理是什么？
（三）共振的应用
1.微波炉加热原理
食物中水分子的振动频率约为2500MHz,具有大致相同频率的电磁波称为 “微波” .微波炉加热食品时，炉内产生很强的振荡电磁场，使食物中的水分子作受迫振动，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。
（三）共振的应用
2.测量机器转速的转速计
把一些不同长度的钢片装在同一个支架上，可以制成测量机器转速的转速计。使转速计与开动着的机器紧密接触，机器振动引起转速计的轻微振动，这时固有频率与机器运转频率相同的那片钢片发生共振，有较大的振幅。若已知钢片的固有频率，就可知道机器的转速。
3.共振筛
共振筛是利用共振现象制成的把筛子用四根弹簧支起来，在筛架上安装一个偏心轮，就成了共振筛.偏心轮在发动机的带动下发生转动时，适当调节偏心轮的转速，可以使筛子受到的驱动力的频率接近筛子的固有频率，这时筛子发生共振，振幅最大，提高了筛除杂物的效。
（三）共振的应用
3.共振筛
（三）共振的应用与防止
4.声音的共振叫共鸣
共鸣箱：用在乐器上
（四）共振的应用
在生活生产或科技领域中，共振有哪些危害？
1.1831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。
（四）共振的应用
2.1940 年11月7日美国 Tocama 悬索桥因风共振而坍塌。
（四）共振的应用
你知道有哪些措施可以有效避免共振的危害？
沪通长江大桥安装阻尼器
巩固提升
钟摆来回摆动
课堂小结
受迫振动共振
振动中的能量损失
受迫振动：在驱动力作用下的振动。
阻尼振动：振幅逐渐减小
受迫振动
共振
产生共振的条件
共振的防止和应用
振动系统能量衰减方式
课堂练习
1.下图是一个弹簧振子做阻尼振动的振动图像,曲线上A、B两点的连线与横轴平行,下列说法正确的是(　　)
A.振子在A时刻的动能等于B时刻的动能
B.振子在A时刻的势能等于B时刻的势能
C.振子在A时刻的机械能等于B时刻的机械能
D.振子在A时刻的机械能小于B时刻的机械能
答案:B
解析:弹簧振子做阻尼振动,所以A时刻的机械能大于B时刻的机械能,选项C、D错;弹簧的弹性势能与弹簧的形变量(即位移)有关,所以选项B对;振子在A时刻的动能大于B时刻的动能,选项A错。
课堂练习
2. 如图所示,两个弹簧振子悬挂在同一个支架上,已知甲弹簧振子的固有频率为8 Hz,乙弹簧振子的固有频率为72 Hz,当支架在竖直方向且频率为9 Hz的驱动力作用下做受迫振动时,两个弹簧振子的振动情况是(　　)
A.甲的振幅较大,且振动频率为8 Hz
B.甲的振幅较大,且振动频率为9 Hz
C.乙的振幅较大,且振动频率为9 Hz
D.乙的振幅较大,且振动频率为72 Hz
答案:B
解析:支架在竖直方向且频率为9 Hz的驱动力作用下做受迫振动时,甲、乙两个弹簧振子都做受迫振动,它们振动的频率都等于驱动力的频率9 Hz,由于甲的固有频率接近于驱动力的频率,所以甲的振幅较大,故选项B正确,A、C、D错误。
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