物理选择性必修 第一册第五节 受迫振动 共振评优课课件ppt

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了解等幅振动的概念，了解简谐运动是一种理想化的模型。知道阻尼振动的概念，了解阻尼振动中能量转化的情况。理解受迫振动和共振的概念、特点，以及它们的区别和共同点。知道受迫振动的振动频率与固有频率不同，受迫振动的振动频率取决于外界驱动力的频率。了解共振现象，知道共振产生的条件，懂得如何应用和防止共振。
由此可知：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。
1.简谐运动是实际运动的理想化模型，是一种机械能守恒的振动，振幅保持不变， 这种振幅不变的运动叫做等幅振动。
（1）定义：振幅随时间逐渐减小的振动称为阻尼振动。
（2）阻尼振动的图像：
（3）阻尼振动的能量：振动系统能量衰减。
例.(多选)下列说法中错误的是(　 　)A．阻尼振动的振幅不断减小B．物体做阻尼振动时，随着振幅的减小，频率也不断减小C．阻尼振动的振幅逐渐减小，所以周期也逐渐减小D．阻尼过大时，系统将不能发生振动
（1）定义：系统在外界驱动力作用下的振动，叫作受迫振动。
（2）受迫振动的频率与什么因素有关呢？
【观察与思考】如图所示，三个不同的弹簧将三个质量相同的小球固定在摇杆上，分别使驱动力的频率由小逐渐变大，观察三个小球所做受迫振动的频率有什么变化。 将三个不同的弹簧换成三个相同的弹簧，将三个质量相同的小球换成三个质量不同的小球，重复操作，观察三个小球所做受迫振动的频率又有什么变化。
结论：弹簧振子做受迫振动，振动稳定后的频率等于驱动力的频率，与弹簧振子的固有频率无关。
例 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，而让振子上下自由振动，测得其频率为2 Hz，然后匀速转动摇把，转速为240 r/min，当振子振动稳定时，其振动周期为(　　)
A．0.5 s　　　　 B．0.25 sC．2 s D．4 s
简谐运动、阻尼振动与受迫振动的比较
【观察与思考】如图所示，在一根张紧的绳上挂几个单摆，其中单摆A，B，C的摆长相等，单摆A与D的摆长相差最大，与单摆E的摆长相差其次。当但摆A振动时，观察其他单摆中哪个单摆的受迫振动最剧烈。
1.共振:驱动力频率f 等于系统的固有频率f0时，受迫振动的振幅最大，说明从外界获得的能量最大。这种现象叫作共振。
2.共振产生的条件：驱动力的频率与物体的固有频率相等，即f＝f0
三、共振的应用和防止
（2）应用:在建筑工地上，我们经常可以看到．建筑工人在浇灌混凝土的墙壁或地板时，为了提高质量，总是一边灌混凝土，一边用电振泵进行振动，使混凝土之间因振动的作用而变得更紧密、更结实。像粉碎机、测振仪、电振泵等，这些都是利用共振原理工作的
（3）防止：18世纪中叶，法国昂热市一座102米长的大桥上有一队士兵经过．当他们在指挥官的口令下迈着整齐的步伐过桥时，桥梁突然断裂，造成226名官兵和行人丧生．你知道这是什么原因造成的吗？
提示：是共振造成的．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．要便步过桥．
例 如图所示是一个单摆的共振曲线．(1)若单摆所处环境的重力加速度g＝9.8 m/s2，试求此摆的摆长；(2)若将此摆移到高山上，共振曲线的峰将怎样移动？
解析：（1）由图可知：单摆的频率为0.3Hz，周期为由 得：l=2.8m（2）将此摆移到高山上，重力加速度减小，周期变大，频率减小，共振曲线的峰将向左移动。
1．受迫振动：受迫振动的频率由 决定．即2．共振：受迫振动的特殊情况.
（1）驱动力频率＝物体固有频率.即
（2）振幅最大，振动最剧烈
1. 如图所示，在一根张紧的绳子上挂几个摆，其中A、B的摆长相等。先让A摆振动起来，B、C、D三个摆随后也跟着振动起来，则稳定时（　　）A.三个摆振动的振幅大小相等B.三个摆的振幅大小不同，B摆的振幅最大C.B摆的振动周期最大，D摆的振动周期最小D.D摆的振动周期最大，C摆的振动周期最小
2. 一个单摆在地面上做受迫振动，其共振曲线（振幅A与驱动力频率f的关系）如图所示，则（　　）
A.此单摆的摆长约为1 mB.若摆长增大，单摆的固有频率增大C.此单摆的固有周期约为0.5 sD.若摆长增大，共振曲线的峰值将向右移动
3. 测机器转速时可用一种振动式转速计。振动式转速计由十几根不同长度的钢丝做成，每根钢丝的固有频率都不同。使用时，将振动式转速计固定在发动机附近，机器工作时，每转一转，活塞上下一次，产生一次振动。观察发现，固有频率为60 Hz的那一根钢丝的振动幅度最大，由此可知机器的转速约为（　　）A.1 800 r/min B.3 600 r/minC.7 200 r/min D.60 r/min
解析：当驱动力的频率等于物体固有频率时，发生共振，振幅最大。所以发动机转动的频率等于钢丝的固有频率，即60 Hz，所以发动机的转速：n=f=60 r/s=3 600 r/min，故B正确。