【物理】受迫振動(dòng) 共振（教學(xué)課件） 高二年級(jí)物理選擇性必修1同步備課系列（人教版）

第六節(jié)

受迫振動(dòng)

共振主講老師：20XX.XX.XX目錄0102受迫振動(dòng)振動(dòng)中的能量損失03共振現(xiàn)象及其應(yīng)用課堂引入觀看視頻，你是否可以用物理知識(shí)解釋濺起層層水花這一現(xiàn)象的原因呢？第一部分：振動(dòng)中的能量損失鐘擺來回?cái)[動(dòng)2.特征：(1)有一個(gè)“中心位置”，也是振動(dòng)物體靜止時(shí)的位置；(2)運(yùn)動(dòng)具有往復(fù)性。（一)固有頻率讓單擺、彈簧振子自由振動(dòng)，如果沒有外力干擾，則單擺、彈簧振子做什么運(yùn)動(dòng)？單擺、彈簧振子做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，其周期或頻率與哪些因素有關(guān)？單擺、彈簧振子周期或頻率與振幅無關(guān)，僅由系統(tǒng)自身的性質(zhì)決定。我們把這種振動(dòng)稱為固有振動(dòng)，其振動(dòng)頻率稱為固有頻率（振動(dòng)系統(tǒng)不受外力的作用）。

彈簧振子，單擺做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。倘若振動(dòng)系統(tǒng)受到外力作用，它將如何運(yùn)動(dòng)？2.特征：(1)有一個(gè)“中心位置”，也是振動(dòng)物體靜止時(shí)的位置；(2)運(yùn)動(dòng)具有往復(fù)性。（二)阻尼振動(dòng)實(shí)驗(yàn)：如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置為一掛在曲軸上的彈簧振子，用手將振子向下拉動(dòng)一下釋放，觀察較長(zhǎng)一段時(shí)間，你發(fā)現(xiàn)振子在振動(dòng)過程中振幅有什么變化？為什么會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象？現(xiàn)象：振子在振動(dòng)的過程中振幅逐漸減小，因?yàn)檎褡釉趯?shí)際振動(dòng)過程中受到空氣的阻礙作用，振動(dòng)的能量逐漸減少。阻尼振動(dòng)：振動(dòng)系統(tǒng)在阻尼（摩擦或其他阻力）作用下的振幅逐漸減小的振動(dòng).2.特征：(1)有一個(gè)“中心位置”，也是振動(dòng)物體靜止時(shí)的位置；(2)運(yùn)動(dòng)具有往復(fù)性。（二)阻尼振動(dòng)阻尼振動(dòng)中，由于存在阻力，振幅不斷減小，故振動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械能將不斷減少，那么，振動(dòng)系統(tǒng)的周期和頻率也會(huì)發(fā)生變化嗎？振動(dòng)周期與振幅無關(guān)，故阻尼振動(dòng)中周期和頻率不變！TTT阻尼振動(dòng)的能量有什么特點(diǎn)？物體在做阻尼振動(dòng)的過程中，總機(jī)械能逐漸減小，物體位移大小相等時(shí)，勢(shì)能大小相等，但動(dòng)能與上一次相比將減小。第二部分：受迫振動(dòng)鐘擺來回?cái)[動(dòng)2.圖2.5-2畫出了細(xì)線上端的兩種不同的懸掛方式。應(yīng)該選用哪種方式？為什么？你還有更好的設(shè)計(jì)嗎？（一）受迫振動(dòng)阻尼振動(dòng)最終要停下來，那么怎樣才能產(chǎn)生持續(xù)的振動(dòng)呢？最簡(jiǎn)單的方法是使周期性的外力作用于振動(dòng)系統(tǒng)，外力做功，補(bǔ)償系統(tǒng)的能量損失，使系統(tǒng)的振動(dòng)維持下去。受迫振動(dòng)：物體在周期性變化的驅(qū)動(dòng)力作用下的振動(dòng)叫做受迫振動(dòng)。維持受迫振動(dòng)的周期性外力受迫振動(dòng)的頻率與什么因素有關(guān)呢？受迫振動(dòng)的規(guī)律受迫振動(dòng)穩(wěn)定時(shí)的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，跟系統(tǒng)的固有頻率無關(guān)。你知道受迫振動(dòng)在生產(chǎn)生活或科學(xué)技術(shù)有哪些具體應(yīng)用嗎？2.圖2.5-2畫出了細(xì)線上端的兩種不同的懸掛方式。應(yīng)該選用哪種方式？為什么？你還有更好的設(shè)計(jì)嗎？（二）受迫振動(dòng)頻率探究實(shí)驗(yàn)（三）受迫振動(dòng)的應(yīng)用實(shí)例跳板在人走過時(shí)發(fā)生的振動(dòng)機(jī)器底座在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生的振動(dòng)聽到聲音時(shí)耳膜的振動(dòng)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的振針?biāo)龅恼駝?dòng)振針第三部分：共振現(xiàn)象及其應(yīng)用鐘擺來回?cái)[動(dòng)（一）實(shí)驗(yàn)探究受迫振動(dòng)振幅與固有頻率關(guān)系物體做受迫振動(dòng)的振幅是否也跟它的固有頻率無關(guān)呢?結(jié)論：驅(qū)動(dòng)力的頻率等于振動(dòng)物體的固有頻率時(shí)，振幅最大；驅(qū)動(dòng)力的頻率跟固有頻率相差越大，振幅越小。（二）共振共振的定義：在受迫振動(dòng)中，驅(qū)動(dòng)力的頻率等于系統(tǒng)的固有頻率時(shí)，受迫振動(dòng)的振幅最大，這種現(xiàn)象叫做共振。共振曲線：橫軸：表示驅(qū)動(dòng)力的頻率，縱軸：表示受迫振動(dòng)的振幅嘗試描述下特點(diǎn)？

受迫振動(dòng)的規(guī)律：f驅(qū)=f固時(shí)，振幅有最大值；f驅(qū)與

f固差別越大時(shí)，振幅越小。在生活生產(chǎn)或科技領(lǐng)域中，哪些利用了共振，它們工作原理是什么？（三）共振的應(yīng)用1.微波爐加熱原理

食物中水分子的振動(dòng)頻率約為2500MHz,具有大致相同頻率的電磁波稱為“微波”.微波爐加熱食品時(shí)，爐內(nèi)產(chǎn)生很強(qiáng)的振蕩電磁場(chǎng)，使食物中的水分子作受迫振動(dòng)，發(fā)生共振，將電磁輻射能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，從而使食物的溫度迅速升高.微波加熱是對(duì)物體內(nèi)部的整體加熱，極大地提高了加熱效率。（三）共振的應(yīng)用2.測(cè)量機(jī)器轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速計(jì)把一些不同長(zhǎng)度的鋼片裝在同一個(gè)支架上，可以制成測(cè)量機(jī)器轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速計(jì)。使轉(zhuǎn)速計(jì)與開動(dòng)著的機(jī)器緊密接觸，機(jī)器振動(dòng)引起轉(zhuǎn)速計(jì)的輕微振動(dòng)，這時(shí)固有頻率與機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)頻率相同的那片鋼片發(fā)生共振，有較大的振幅。若已知鋼片的固有頻率，就可知道機(jī)器的轉(zhuǎn)速。3.共振篩共振篩是利用共振現(xiàn)象制成的把篩子用四根彈簧支起來，在篩架上安裝一個(gè)偏心輪，就成了共振篩.偏心輪在發(fā)動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，適當(dāng)調(diào)節(jié)偏心輪的轉(zhuǎn)速，可以使篩子受到的驅(qū)動(dòng)力的頻率接近篩子的固有頻率，這時(shí)篩子發(fā)生共振，振幅最大，提高了篩除雜物的效。（三）共振的應(yīng)用3.共振篩（三）共振的應(yīng)用與防止4.聲音的共振叫共鳴共鳴箱：用在樂器上（四）共振的應(yīng)用在生活生產(chǎn)或科技領(lǐng)域中，共振有哪些危害？1.1831年，一隊(duì)騎兵通過曼徹斯特附近的一座便橋時(shí)，由于馬蹄節(jié)奏整齊，橋梁發(fā)生共振而斷裂。（四）共振的應(yīng)用2.1940年11月7日美國(guó)Tocama懸索橋因風(fēng)共振而坍塌。（四）共振的應(yīng)用你知道有哪些措施可以有效避免共振的危害？滬通長(zhǎng)江大橋安裝阻尼器鞏固提升鐘擺來回?cái)[動(dòng)課堂小結(jié)受迫振動(dòng)共振振動(dòng)中的能量損失受迫振動(dòng)：在驅(qū)動(dòng)力作用下的振動(dòng)。阻尼振動(dòng)：振幅逐漸減小受迫振動(dòng)共振產(chǎn)生共振的條件共振的防止和應(yīng)用振動(dòng)系統(tǒng)能量衰減方式課堂練習(xí)1.下圖是一個(gè)彈簧振子做阻尼振動(dòng)的振動(dòng)圖像,曲線上A、B兩點(diǎn)的連線與橫軸平行,下列說法正確的是(

)A.振子在A時(shí)刻的動(dòng)能等于B時(shí)刻的動(dòng)能B.振子在A時(shí)刻的勢(shì)能等于B時(shí)刻的勢(shì)能C.振子在A時(shí)刻的機(jī)械能等于B時(shí)刻的機(jī)械能D.振子在A時(shí)刻的機(jī)械能小于B時(shí)刻的機(jī)械能答案:B解析:彈簧振子做阻尼振動(dòng),所以A時(shí)刻的機(jī)械能大于B時(shí)刻的機(jī)械能,選項(xiàng)C、D錯(cuò);彈簧的彈性勢(shì)能與彈簧的形變量(即位移)有關(guān),所以選項(xiàng)B對(duì);振子在A時(shí)刻的動(dòng)能大于B時(shí)刻的動(dòng)能,選項(xiàng)A錯(cuò)。課堂練習(xí)2.如圖所示,兩個(gè)彈簧振子懸掛在同一個(gè)支架上,已知甲彈簧振子的固有頻率為8Hz,乙彈簧振子的固有頻率為72Hz,當(dāng)支架在豎直方向且頻率為9Hz的驅(qū)動(dòng)力作用下做受迫振動(dòng)時(shí),兩個(gè)彈簧振子的振動(dòng)情況是(

)A.甲的振幅較大,且振動(dòng)頻率為8HzB.甲的振幅較大,且振動(dòng)頻率為9HzC.乙的振幅較大,且振動(dòng)頻率為9HzD.乙的振幅較大,且振動(dòng)頻率為72Hz答案:B解析