第6節(jié)　受迫振動(dòng)　共振 課件

物理第二章機(jī)械振動(dòng)第6節(jié)受迫振動(dòng)共振[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1．知道阻尼振動(dòng)和阻尼振動(dòng)能量的轉(zhuǎn)化情況．2．知道什么是受迫振動(dòng)及產(chǎn)生條件，掌握物體做受迫振動(dòng)的特點(diǎn)．(重點(diǎn))3．知道共振現(xiàn)象，掌握產(chǎn)生共振的條件，知道常見的共振的應(yīng)用和危害．(重點(diǎn)、難點(diǎn))01必備知識(shí)素養(yǎng)奠基02關(guān)鍵能力素養(yǎng)形成03分層演練素養(yǎng)達(dá)標(biāo)知識(shí)點(diǎn)1振動(dòng)中的能量損失1．固有振動(dòng)振動(dòng)系統(tǒng)____________________的振動(dòng)．2．固有頻率______振動(dòng)的頻率．在不受外力作用下固有3．阻尼振動(dòng)振幅隨時(shí)間____________的振動(dòng)．4．對(duì)阻尼振動(dòng)的理解(1)阻尼振動(dòng)振幅減小的快慢跟所受阻尼的大小有關(guān)．阻尼越大，__________得越快．(2)阻尼振動(dòng)若在一段不太長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)振幅沒有明顯的減小，可以把它當(dāng)作____________來處理．逐漸減小振幅減小簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)[判一判]1．(1)阻尼振動(dòng)是機(jī)械能不斷減小的振動(dòng)，它一定不是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)．(

)(2)固有振動(dòng)一定是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)．(

)(3)單擺的振幅越來越小，是因?yàn)槠淠芰吭诓粩嘞В?

)√××[想一想]1．阻尼振動(dòng)的振幅在減小的過程中，頻率是否隨著減??？2．若物體所做的振動(dòng)是等幅振動(dòng)，此物體一定是無阻尼振動(dòng)嗎？提示：1.阻尼振動(dòng)的振動(dòng)頻率保持不變．2．不一定．區(qū)分阻尼與無阻尼的條件是分析振子受不受阻力，而不是看振幅，若受阻力作用同時(shí)也有外力給系統(tǒng)做功補(bǔ)充能量時(shí)，也能保證振動(dòng)物體做等幅振動(dòng)．知識(shí)點(diǎn)2受迫振動(dòng)1．驅(qū)動(dòng)力作用于振動(dòng)系統(tǒng)的_________外力．2．受迫振動(dòng)系統(tǒng)在_________作用下的振動(dòng)叫受迫振動(dòng)．3．受迫振動(dòng)的頻率做受迫振動(dòng)的系統(tǒng)振動(dòng)穩(wěn)定后，其振動(dòng)頻率等于_________的頻率，與系統(tǒng)的__________無關(guān)．周期性驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)力固有頻率[判一判]2．(1)在外力作用下的振動(dòng)就是受迫振動(dòng)．(

)(2)受迫振動(dòng)的頻率與振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率無關(guān)．(

)(3)驅(qū)動(dòng)力頻率越大，振幅越大．(

)×√×知識(shí)點(diǎn)3共振現(xiàn)象及其應(yīng)用1．條件驅(qū)動(dòng)力頻率______系統(tǒng)的固有頻率．2．特征共振時(shí)受迫振動(dòng)的______最大．等于振幅3．共振的應(yīng)用與防止(1)共振的應(yīng)用①采用方法：在應(yīng)用共振時(shí)，驅(qū)動(dòng)力頻率接近或等于振動(dòng)系統(tǒng)的____________．②實(shí)例：轉(zhuǎn)速計(jì)、________．固有頻率共振篩(2)共振的防止①采用方法：在防止共振時(shí)，驅(qū)動(dòng)力頻率與系統(tǒng)的____________相差越大越好．②實(shí)例：部隊(duì)過橋時(shí)用______；火車過橋時(shí)______；輪船航行時(shí)，改變航向或______．目的都是驅(qū)動(dòng)力的頻率______物體的固有頻率．固有頻率便步減速航速遠(yuǎn)離[想一想]3．(1)用扁擔(dān)挑水前進(jìn)時(shí)，有時(shí)桶里的水會(huì)蕩得厲害，并從桶中濺出來，這是為什么？(2)洗衣機(jī)啟動(dòng)和停止時(shí)，隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，有時(shí)洗衣機(jī)會(huì)振動(dòng)得很厲害，這是什么原因？提示：(1)人挑水時(shí)，通過扁擔(dān)對(duì)水桶施加周期性的驅(qū)動(dòng)力，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率等于桶里水的固有頻率時(shí)，水發(fā)生共振，水的動(dòng)蕩就越來越厲害，就會(huì)從桶中濺出來．(2)當(dāng)洗衣機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率等于洗衣機(jī)的固有頻率時(shí)，發(fā)生了共振現(xiàn)象，這時(shí)洗衣機(jī)振動(dòng)得很厲害．1．(阻尼振動(dòng))一單擺做阻尼振動(dòng)，則在振動(dòng)過程中(

)A．振幅越來越小，周期也越來越小B．振幅越來越小，周期不變C．在振動(dòng)過程中，通過某一位置時(shí)，機(jī)械能始終不變D．振動(dòng)過程中，機(jī)械能不守恒，頻率減小√2．(受迫振動(dòng))(多選)蜘蛛會(huì)根據(jù)絲網(wǎng)的振動(dòng)情況感知是否有昆蟲“落網(wǎng)”，若絲網(wǎng)的固有頻率為200Hz，下列說法正確的是(

)A．“落網(wǎng)”昆蟲翅膀振動(dòng)的頻率越大，絲網(wǎng)的振幅越大B．當(dāng)“落網(wǎng)”昆蟲翅膀振動(dòng)的頻率低于200Hz時(shí)，絲網(wǎng)不振動(dòng)C．當(dāng)“落網(wǎng)”昆蟲翅膀振動(dòng)的周期為0.005s時(shí)，絲網(wǎng)的振幅最大D．昆蟲“落網(wǎng)”時(shí)，絲網(wǎng)振動(dòng)的頻率由“落網(wǎng)”昆蟲翅膀振動(dòng)的頻率決定√√3．(共振的理解和應(yīng)用)如圖所示，在一根張緊的水平繩上掛有5個(gè)單擺，其中b擺球質(zhì)量最大，其余4個(gè)擺球質(zhì)量相等，擺長(zhǎng)關(guān)系為L(zhǎng)c>Lb＝Ld>La>Le

，現(xiàn)將b擺垂直于紙面向里拉開一微小角度后釋放，經(jīng)過一段時(shí)間后，其余各擺均振動(dòng)起來并達(dá)到穩(wěn)定時(shí)的情況是(

)A．4個(gè)單擺的周期Tc>Td>Ta>TeB．4個(gè)單擺的頻率fc＝fd＝fa＝feC．4個(gè)單擺的振幅Ac＝Ad＝Aa＝AeD．4個(gè)單擺中c擺的振幅最大√4．(共振)在飛機(jī)的發(fā)展史中有一個(gè)階段，飛機(jī)上天后不久，飛機(jī)的機(jī)翼很快就抖動(dòng)起來，而且越抖越厲害，后來人們經(jīng)過了艱苦的探索，利用在飛機(jī)機(jī)翼前緣處裝置一個(gè)配重桿的方法，解決了這一問題．在飛機(jī)機(jī)翼前裝置配重桿的主要目的是(

)A．加大飛機(jī)的慣性 B．使機(jī)體更加平衡C．使機(jī)翼更加牢固 D．改變機(jī)翼的固有頻率解析：當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率與物體的固有頻率相等時(shí)，發(fā)生共振，振幅最大，因此要減弱機(jī)翼的振動(dòng)，必須改變機(jī)翼的固有頻率，D正確．√探究一阻尼振動(dòng)和簡(jiǎn)諧振動(dòng)的比較

阻尼振動(dòng)簡(jiǎn)諧振動(dòng)產(chǎn)生條件受到阻力作用不受阻力作用振幅越來越小不變【例1】(多選)一單擺在空氣中振動(dòng)，振幅逐漸減?。铝姓f法正確的是(

)A．機(jī)械能逐漸轉(zhuǎn)化為其他形式的能B．后一時(shí)刻的動(dòng)能一定小于前一時(shí)刻的動(dòng)能C．后一時(shí)刻的勢(shì)能一定小于前一時(shí)刻的勢(shì)能D．后一時(shí)刻的機(jī)械能一定小于前一時(shí)刻的機(jī)械能√√[解析]

單擺振動(dòng)過程中，因不斷克服空氣阻力做功，使機(jī)械能逐漸轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，A、D正確；雖然單擺總的機(jī)械能在逐漸減小，但在振動(dòng)過程中動(dòng)能和勢(shì)能仍不斷地相互轉(zhuǎn)化，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能時(shí)，動(dòng)能逐漸減小，勢(shì)能逐漸增大，而勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能時(shí)，勢(shì)能逐漸減小，動(dòng)能逐漸增大，所以不能斷言后一時(shí)刻的動(dòng)能(或勢(shì)能)一定小于前一時(shí)刻的動(dòng)能(或勢(shì)能)，B、C錯(cuò)誤．[針對(duì)訓(xùn)練1]單擺在振動(dòng)過程中，擺動(dòng)幅度越來越小，這是因?yàn)?

)A．能量正在逐漸消滅B．動(dòng)能正在轉(zhuǎn)化為勢(shì)能C．機(jī)械能守恒D．總能量守恒，減少的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能√解析：能量不能被消滅，只能發(fā)生轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移，故A錯(cuò)誤；單擺在運(yùn)動(dòng)中由于受到空氣阻力，要克服空氣阻力做功，機(jī)械能逐漸減小，轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，由能量守恒定律可知，總能量是守恒的，故B、C錯(cuò)誤，D正確．探究二受迫振動(dòng)和共振【問題導(dǎo)引】1．要應(yīng)用共振，需要采取什么措施？2．要防止共振，需要采取什么措施？提示：1.盡量使驅(qū)動(dòng)力的頻率接近固有頻率．2．盡量使驅(qū)動(dòng)力的頻率與固有頻率間的差距增大．1．三種常見的振動(dòng)(1)固有振動(dòng)：回復(fù)力是系統(tǒng)內(nèi)部的相互作用力．(2)阻尼振動(dòng)：物體做阻尼振動(dòng)時(shí)，振子受阻力作用，振幅不斷減小，但振動(dòng)的頻率仍由自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定，并不會(huì)隨振幅的減小而變化．(3)受迫振動(dòng)：系統(tǒng)受到周期性外力的作用，系統(tǒng)在驅(qū)動(dòng)力的作用下的振動(dòng)．2．共振曲線的理解和應(yīng)用受迫振動(dòng)的振幅與驅(qū)動(dòng)力頻率的關(guān)系如圖所示．(1)兩坐標(biāo)軸的意義縱軸：受迫振動(dòng)的振幅；橫軸：驅(qū)動(dòng)力頻率．(2)f0的意義：表示固有頻率．(3)認(rèn)識(shí)曲線形狀：f＝f0，共振；f＞f0或f＜f0，振幅較??；f與f0相差越大，振幅越?。?4)結(jié)論：驅(qū)動(dòng)力的頻率f越接近振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率f0，受迫振動(dòng)的振幅越大，反之振幅越?。纠?】如圖所示，在曲軸上懸掛一個(gè)彈簧振子，如果轉(zhuǎn)動(dòng)把手，曲軸可以帶動(dòng)彈簧振子上下振動(dòng)．問：(1)開始時(shí)不轉(zhuǎn)動(dòng)把手，而用手往下拉振子，然后放手讓振子上下振動(dòng)，測(cè)得振子在10s內(nèi)完成20次全振動(dòng)，振子做什么振動(dòng)？其固有周期和固有頻率各是多少？若考慮摩擦和空氣阻力，振子做什么振動(dòng)？(2)在振子正常振動(dòng)過程中，以轉(zhuǎn)速4r/s勻速轉(zhuǎn)動(dòng)把手，振子的振動(dòng)穩(wěn)定后，振子做什么運(yùn)動(dòng)？其周期是多少？(2)由于把手轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速為4r/s，它給彈簧振子的驅(qū)動(dòng)力頻率為f驅(qū)＝4Hz，周期T驅(qū)＝0.25s，故振子做受迫振動(dòng)．振動(dòng)達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)后，其頻率(或周期)等于驅(qū)動(dòng)力的頻率(或周期)，而跟固有頻率(或周期)無關(guān)．即f＝f驅(qū)＝4Hz，T＝T驅(qū)＝0.25s.[答案]

(1)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)0.5s

2Hz阻尼振動(dòng)(2)受迫振動(dòng)0.25s[針對(duì)訓(xùn)練2]

(多選)下列關(guān)于共振和防止共振的說法，正確的是(

)A．共振現(xiàn)象總是有害的，所以要避免共振現(xiàn)象發(fā)生B．隊(duì)伍過橋要慢行是為了不產(chǎn)生周期性的驅(qū)動(dòng)力，從而避免發(fā)生共振C．火車過橋慢行是為了使驅(qū)動(dòng)力的頻率遠(yuǎn)小于橋的固有頻率，從而避免發(fā)生共振D．利用共振時(shí)，應(yīng)使驅(qū)動(dòng)力的頻率接近或等于振動(dòng)物體的固有頻率；防止共振危害時(shí)，應(yīng)使驅(qū)動(dòng)力的頻率遠(yuǎn)離振動(dòng)物體的固有頻率√√解析：共振現(xiàn)象不一定總是有害的，有的時(shí)候我們要利用共振現(xiàn)象，如共振篩，共振轉(zhuǎn)速計(jì)等，故A錯(cuò)誤；隊(duì)伍過橋慢行也會(huì)產(chǎn)生周期性的驅(qū)動(dòng)力，隊(duì)伍過橋要便步走，這樣可以避免與橋發(fā)生共振，故B錯(cuò)誤；火車過橋要慢行，目的是使驅(qū)動(dòng)力頻率遠(yuǎn)小于橋梁的固有頻率，以免發(fā)生共振損壞橋，C正確；受迫振動(dòng)的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，所以利用共振時(shí)，應(yīng)使驅(qū)動(dòng)力的頻率接近或等于振動(dòng)物體的固有頻率，防止共振危害時(shí)，應(yīng)盡量使驅(qū)動(dòng)力頻率遠(yuǎn)離振動(dòng)物體的固有頻率，故D正確．【例3】如圖為一單擺的共振曲線，圖中橫軸表示周期性驅(qū)動(dòng)力的頻率，縱軸表示單擺的振幅，g取9.8m/s2.求此單擺的擺長(zhǎng)．[答案]

1.56m[針對(duì)訓(xùn)練3]

(多選)如圖所示的是某物體系統(tǒng)做受迫振動(dòng)的振幅A隨驅(qū)動(dòng)力頻率f的變化關(guān)系圖，則下列說法正確的是(

)A．物體系統(tǒng)的固有頻率為f0B．當(dāng)驅(qū)動(dòng)力頻率為f0時(shí)，物體系統(tǒng)會(huì)發(fā)生共振現(xiàn)象C．物體系統(tǒng)振動(dòng)的頻率由驅(qū)動(dòng)力頻率和物體系統(tǒng)的固有頻率共同決定D．驅(qū)動(dòng)力頻率越大，物體系統(tǒng)的振幅越大√√解析：由題圖可知，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率為f0時(shí)振幅最大，則由共振的條件可知，物體系統(tǒng)的固有頻率為f0，A正確；當(dāng)驅(qū)動(dòng)力頻率為f0時(shí)，物體系統(tǒng)會(huì)發(fā)生共振現(xiàn)象，B正確；物體系統(tǒng)振動(dòng)的頻率由驅(qū)動(dòng)力頻率決定，C錯(cuò)誤；驅(qū)動(dòng)力頻率越接近于系統(tǒng)的固有頻率，物體系統(tǒng)的振幅越大，D錯(cuò)誤．[針對(duì)訓(xùn)練4]把一個(gè)篩子用四根彈簧支起來，篩子上安一個(gè)電動(dòng)偏心輪，它每轉(zhuǎn)一周，給篩子一個(gè)驅(qū)動(dòng)力，這樣就做成了一個(gè)共振篩，如圖所示．篩子做自由振動(dòng)時(shí)，完成10次全振動(dòng)用時(shí)15s，在某電壓下，電動(dòng)偏心輪轉(zhuǎn)速是36r/min.已知增大電壓可使偏心輪轉(zhuǎn)速提高；增加篩子質(zhì)量，可以增大篩子的固有周期．(1)為了使篩子更好地工作，我們希望它的振幅增大，可以利用共振現(xiàn)象．若增大受迫振動(dòng)的振幅，可采取兩種方法使之發(fā)生共振，請(qǐng)描述共振發(fā)生的條件：___________________________________________.(2)要使篩子的振幅增大，下列做法正確的是__________________．