高中物理6 受迫振动 共振完整版ppt课件

这是一份高中物理6 受迫振动 共振完整版ppt课件，共28页。PPT课件主要包含了学习目标，问题思考，固有振动，新知探究，技法点拨，受迫振动，小球共振实验视频，共振筛，共鸣箱等内容，欢迎下载使用。

学习重点：受迫振动时其频率跟驱动力频率的关系，共振。 学习难点：受迫振动时其频率跟驱动力频率的关系。
东汉以后三国纷争年代，有一天，魏都洛阳宫殿前面的一口大钟，突然无缘无故地鸣响起来，满朝文武议论纷纷，有的以为是不祥之兆,也有人乘机献媚，把它说成是祥瑞。
一、振动中的能量损失
单摆，弹簧振子做简谐运动，周期或频率与振幅无关，仅由系统自身的性质决定。
(1)固有振动:简谐运动的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。 
(2)固有频率:物体固有振动时的频率仅有系统自身的性质决定, 称固有频率。 2. 阻尼振动
(2)实际的振动一定是阻尼振动。
(1)阻尼振动:振幅随时间逐渐减小的振 动称为阻尼振动。摇曳的树叶会停下来， 摆动的秋千也会停止运动。
思考：阻尼振动中你知道振动系统能量衰减的方式是有哪些吗？
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。
(3)振动系统能量衰减的两种方式 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。
特别提醒！ (1)振动系统受到的阻尼越大，振幅减小得越快，阻尼过大时，系统将不能发生振动。 (2)阻尼振动的振幅是逐渐减小的，但是它的频率是不发生变化的，频率与振幅是无关的。
例1. 如图所示是某单摆做阻尼振动的振动图线，下列说法正确的是 ( ) A．振动过程中周期变小 B．摆球P时刻的机械能大于N时刻的机械能 C．摆球P时刻的动能等于N时刻的动能 D．小球在P时刻和N时刻，受到绳子拉力的大小相等
【答案】B 【详解】A．阻尼振动的周期不变，振幅减小，故A错误；BC．由于阻力影响，单摆要克服阻力做功，在运动过程中机械能一直逐渐减小，故P时刻的机械能大于N时刻的机械能，而两点重力势能相等，则P时刻的动能大于N时刻的动能，故B正确，C错误；D．因为PN两时刻位置关于平衡位置对称，但是速度不等，则两时刻受到绳子的拉力大小不相等，故D错误；故选B。
变式训练：如图所示是单摆做阻尼振动的位移—时间图线，下列说法中正确的是 ( ) A．摆球在P与N时刻的势能相等 B．摆球在P与N时刻的动能相等 C．摆球在P与N时刻的机械能相等 D．摆球在P时刻的机械能小于在N时刻的机械能
(1)摆球的势能大小由其位移和摆球质量共同决定，由图可知P、N两时刻位移大小相同，则可判断出摆球的势能大小。 (2)机械能E等于动能Ek和势能Ep之和, 阻尼振动中,由于系统机械能在减少E减小, P、N两时刻势能相同，则P时刻动能大于N时刻动能。
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.驱动力 对振动系统施加的周期性的外力，这种周期性的外力叫作驱动力。 2.受迫振动 系统在驱动力作用下的振动，叫作受迫振动。
机器运转时底座发生的振动、扬声器纸盆的振动，都是受迫振动。
实验：研究受迫振动的频率
如图 ，架子上面的电动机向下面的两组 弹簧—钩码系统施加周期性的驱动力，使钩 码做受迫振动。 改变电动机的转速可以调整驱动力的频率。
思考：物体做受迫振动时，振动稳定后的频率与什么有关？受迫振动物体的频率由什么决定？
(1)接通电源，使钩码做受迫振动，观察记录驱动力的频率和钩码振动的频率。 (2)改变驱动力的频率，再做记录。
研究受迫振动的频率视频
实验结论： (1)物体做受迫振动达到稳定后，物体振动的频率等于驱动力的频率，与物体的固有频率无关。 (2)驱动力的频率与系统的固有频率相差越少，振幅越大，相差越多，振幅越小。
3.共振现象及其应用 做一做：如图，铁架横梁上挂着几个摆长不同的摆。
其中，A 与 D、G 的摆长相同，D 的摆球质量大于其他摆球。使 D 摆偏离平衡位置后释放，D 摆在振动中通过横梁对其他几个摆施加周期性的驱动力。在振动稳定后比较各球的振幅。
(1)实验现象：通过观察会发现，固有频率与D摆相同的A摆、G摆振幅最大，固有频率与D摆相差较多的C摆、E摆振幅最小。
(2)实验结论 物体在做受迫振动时，驱动力的频率与物体的固有频率相差越小，受迫振动的振幅越大；当驱动力的频率与物体的固有频率相等时，受迫振动的振幅达到最大。
4.共振 (1)驱动力的频率接近物体的固有频率时，受迫振动的振幅增大，这种现象叫做共振。
(2)共振曲线直观地反映了物体做受迫振动的振幅与驱动力频率的关系。 ①当驱动力的频率f偏离固有频率f0较大时,受迫振动的振幅较小； ②当驱动力的频率f等于固有频率f0时,受迫振动的振幅最大； ③共振曲线上除峰值外,其他某一振幅都对应两个驱动力频率。
5. 共振的应用与防止(1)应用实例：共振筛、共鸣箱
1940年，美国的全长860米的塔柯姆大桥因大风引起的共振而塌毁。
(2)共振的防止 ①在桥梁、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。
②防止实例：机器运转时为了防止共振要调节转速 在振动物体底座加防振垫
军队或火车过桥时要放慢速度或便步走。
例2. 如图所示，曲轴上挂一个弹簧振子， 转动摇把，曲轴可带动弹簧振子上下振动。 开始时不转动摇把，让振子自由振动，测得其 频率为2Hz。现匀速转动摇把，转速为240r/min。则 ( ) A．当振子稳定振动时，它的振动周期是0.5s B．当振子稳定振动时，它的振动频率是4Hz C．当转速增大时，弹簧振子的振幅增大 D．当转速减小时，弹簧振子的振幅不变
变式训练：一个单摆做受迫振动，其共振曲线(振幅A与驱动力的频率f的关系)如图所示，则( ) A．此单摆的固有周期约为0.5s B．此单摆的摆长约为2m C．若摆长增大，单摆的固有频率增 大 D．若将此单摆由山脚移至山顶，共振曲线的峰将略微向左移动