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文檔簡介
6受迫振動共振1.通過生活實例,理解固有振動和固有頻率的概念。2.通過類比的方法,理解共振的概念及其形成的條件。3.通過實例分析,掌握共振的利用和防止措施。1.固有振動和固有頻率如果振動系統(tǒng)不受①
外力
的作用,此時的振動叫作固有振動,其振動頻率稱為
固有頻率。固有頻率只由系統(tǒng)本身的性質決定。2.阻力作用下的振動的變化當振動系統(tǒng)受到阻力的作用時,我們說振動受到了②
阻尼
。系統(tǒng)克服阻尼的作用要做功,消耗③
機械能
,因而振幅減小,最后停下來。1|振動中的能量損失3.阻尼振動④
振幅
隨時間逐漸減小的振動叫作阻尼振動。振動系統(tǒng)受到的阻尼越大,振
幅減小得越快。4.實際振動的理想化當阻尼很小時,在不太長的時間內看不出振幅有明顯的減小,于是可以把它當成⑤
簡諧運動
來處理。2|受迫振動1.持續(xù)振動實際的振動由于阻尼作用最終要停下來,要維持系統(tǒng)的持續(xù)振動,辦法是使⑥
周期性
的外力作用于振動系統(tǒng),外力對系統(tǒng)做正功,補償系統(tǒng)的能量損耗。2.驅動力:作用于振動系統(tǒng)的⑦
周期性
的外力。3.受迫振動:振動系統(tǒng)在⑧
驅動力
作用下的振動。4.受迫振動的頻率做受迫振動的系統(tǒng)振動達到穩(wěn)定后,其振動頻率等于⑨
驅動力
的頻率,與系統(tǒng)
的⑩
固有頻率
無關。3|共振現(xiàn)象及其應用1.共振當驅動力的頻率
等于
系統(tǒng)的固有頻率時,物體做受迫振動的振幅達到最大值,這種現(xiàn)象叫作共振。2.共振曲線如圖所示,共振曲線的橫坐標為驅動力的頻率,縱坐標為受迫振動的振幅。由共振曲線可知,當驅動力的頻率與振動系統(tǒng)的固有頻率相等時,物體做受迫振動的振幅最大。3.共振的利用和防止在需要利用共振的時候,應使驅動力的頻率盡可能接近振動系統(tǒng)的
固有頻率
;在防止共振時,驅動力的頻率與振動系統(tǒng)的固有頻率相差越
大
越好。1.兩物體只有發(fā)生共振時,受迫振動的頻率才等于驅動力的頻率。
(
?)2.挑水時為了防止水從桶中蕩出,可以加快或減慢走路的步伐。
(√)3.某蜘蛛網(wǎng)的固有頻率為200Hz,落網(wǎng)的蚊子翅膀振動的頻率低于200Hz時,蜘蛛
網(wǎng)不振動。
(
?)4.單擺在周期性外力作用下做受迫振動,其振動周期與單擺的擺長有關。
(
?)提示:單擺在周期性外力作用下做受迫振動,其振動周期等于驅動力周期,與單擺的
擺長無關。判斷正誤，正確的畫“√”，錯誤的畫“?”。5.9級地震可以導致很多建筑物倒塌,由于建筑物各不相同,所以地震中建筑物的振動周期是有所不同的。
(
?)提示:地震中的所有建筑物均做受迫振動,受迫振動的周期等于驅動力周期,所以地
震中建筑物的振動周期都相同。6.若單擺擺動時固定點松動,則該單擺的共振曲線的“峰值”將向右移動。
(
?)提示:單擺的固定點松動導致單擺擺長變大,則周期變大,頻率減小,所以該單擺的
共振曲線的“峰值”將向左移動。|簡諧運動、阻尼振動、受迫振動、共振的對比情境
多年前《科學美國人》雜志曾有一篇報道,描述了這樣一個場景:“她步履
從容地走向舞臺,吐出一串串震撼人心的高音音符,只見香檳酒杯碎了,眼鏡鏡片碎
了,樹枝狀的玻璃裝飾燈炸裂了,她的聲音‘摧毀’了音樂大廳?！贝似獔蟮酪?/p>
了各界人士的強烈質疑,更有人直呼“這不科學”。根據(jù)以上報道,請思考以下幾
個問題:問題1.報道中被聲音摧毀的酒杯、鏡片、燈有什么共同的特征?提示:它們的材質都是玻璃。2.針對質疑,物理學家指出:“每一塊玻璃都存在一個天然的共振頻率,一旦外界擾
動,便可能讓玻璃產生大幅度震蕩乃至引發(fā)破碎。”其中“天然的共振頻率”指
的是什么頻率?“大幅度震蕩”指的是什么現(xiàn)象?提示:“天然的共振頻率”指的是玻璃的固有頻率;“大幅度震蕩”指的是共振現(xiàn)象。3.在現(xiàn)實生活中,要想實現(xiàn)用聲音震碎玻璃是極其困難的,試簡述造成這種困難的
原因。提示:聲音引起空氣振動,對于振動的空氣而言,玻璃杯的重量太重,空氣難以對其
產生大的影響,只有那些非常脆弱的玻璃制品能夠產生共振現(xiàn)象,從而讓一部分人
發(fā)出的聲音能夠在不使用放大器的情況下將其震碎。
簡諧運動和阻尼振動、受迫振動、共振的比較簡諧運動是一種理想化的物理模型,物體振動過程中的一切阻力都不考慮,因此實
際中并不存在;阻尼振動卻考慮阻力的影響;而受迫振動是物體做阻尼振動時受到
驅動力作用下的振動;共振則是一種特殊的受迫振動。
簡諧運動阻尼振動受迫振動共振受力情況不受阻力作用受阻力作用受阻力和驅動力
作用受阻力和驅動力作用振幅不變變小穩(wěn)定后不變最大振動周期(或頻率)由振動系統(tǒng)本身
決定,即固有周期
(或固有頻率)由振動系統(tǒng)本身
決定,即固有周期
(或固有頻率)由驅動力的周期
(或頻率)決定,即T
受=T驅(或f受=f驅)T驅=T固(或f驅=f固)
簡諧運動阻尼振動受迫振動共振振動圖像
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