高中物理(新教材)選修1課件6：2 6 受迫振動(dòng) 共振 人教版

6受迫振動(dòng)共振第二章機(jī)械振動(dòng)思考：你知道為什么大鐘會(huì)無(wú)緣無(wú)故地鳴響嗎？唐朝時(shí)候，在洛陽(yáng)某寺的一僧人屋里，掛有一個(gè)樂(lè)器——磬（大鐘）。它經(jīng)常自己不時(shí)作響。僧人因此非常驚恐，長(zhǎng)久以后就得了病，沒(méi)有醫(yī)生能夠治療。一天，他的一個(gè)在朝廷中管音樂(lè)的朋友聽(tīng)到這個(gè)消息，趕來(lái)看望。當(dāng)時(shí)寺廟里正在敲鐘，僧人的磬也跟著作響。新課導(dǎo)入一、振動(dòng)中的能量損失1.

固有振動(dòng)思考：讓單擺、彈簧振子自由振動(dòng),忽略空氣阻力,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),周期或頻率與振幅無(wú)關(guān),僅由系統(tǒng)自身的性質(zhì)決定。（1）固有振動(dòng)：簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的周期或頻率與振幅無(wú)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)。

課堂探究（2）固有頻率：物體固有振動(dòng)時(shí)的頻率僅有系統(tǒng)自身的性質(zhì)決定,稱固有頻率。2.阻尼振動(dòng)（2）實(shí)際的振動(dòng)一定是阻尼振動(dòng)。（1）阻尼振動(dòng)：振幅隨時(shí)間逐漸減小的振動(dòng)稱為阻尼振動(dòng)。搖曳的樹(shù)葉會(huì)停下來(lái)，擺動(dòng)的秋千也會(huì)停止運(yùn)動(dòng)。思考：阻尼振動(dòng)中你知道振動(dòng)系統(tǒng)能量衰減的方式是有哪些嗎？由于實(shí)際的振動(dòng)系統(tǒng)都會(huì)受到摩擦力、黏滯力等阻礙作用，振幅必然逐漸減小。（3）振動(dòng)系統(tǒng)能量衰減的兩種方式①一種是由于振動(dòng)系統(tǒng)受到摩擦阻力的作用，使振動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械能逐漸轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。例如：?jiǎn)螖[運(yùn)動(dòng)時(shí)受到空氣的阻力。②另一種是由于振動(dòng)系統(tǒng)引起鄰近介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)，使能量向四周輻射出去，從而自身機(jī)械能減少。例如：音叉發(fā)聲時(shí)，一部分機(jī)械能隨聲波輻射到周圍空間，導(dǎo)致音叉振幅減小。特別提醒?。?）振動(dòng)系統(tǒng)受到的阻尼越大，振幅減小得越快，阻尼過(guò)大時(shí)，系統(tǒng)將不能發(fā)生振動(dòng)。（2）阻尼振動(dòng)的振幅是逐漸減小的，但是它的頻率是不發(fā)生變化的，頻率與振幅是無(wú)關(guān)的。思考：阻尼振動(dòng)最終要停下來(lái)，那么怎樣才能產(chǎn)生持續(xù)的振動(dòng)呢？例1.如圖所示是某單擺做阻尼振動(dòng)的振動(dòng)圖線，下列說(shuō)法正確的是（）A．振動(dòng)過(guò)程中周期變小B．?dāng)[球P時(shí)刻的機(jī)械能大于N時(shí)刻的機(jī)械能C．?dāng)[球P時(shí)刻的動(dòng)能等于N時(shí)刻的動(dòng)能D．小球在P時(shí)刻和N時(shí)刻，受到繩子拉力的大小相等B解析：A．阻尼振動(dòng)的周期不變，振幅減小，故A錯(cuò)誤；BC．由于阻力影響，單擺要克服阻力做功，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中機(jī)械能一直逐漸減小，故P時(shí)刻的機(jī)械能大于N時(shí)刻的機(jī)械能，而兩點(diǎn)重力勢(shì)能相等，則P時(shí)刻的動(dòng)能大于N時(shí)刻的動(dòng)能，故B正確，C錯(cuò)誤；D．因?yàn)镻N兩時(shí)刻位置關(guān)于平衡位置對(duì)稱，但是速度不等，則兩時(shí)刻受到繩子的拉力大小不相等，故D錯(cuò)誤。例1.如圖所示是某單擺做阻尼振動(dòng)的振動(dòng)圖線，下列說(shuō)法正確的是（）A．振動(dòng)過(guò)程中周期變小B．?dāng)[球P時(shí)刻的機(jī)械能大于N時(shí)刻的機(jī)械能C．?dāng)[球P時(shí)刻的動(dòng)能等于N時(shí)刻的動(dòng)能D．小球在P時(shí)刻和N時(shí)刻，受到繩子拉力的大小相等B解析：A．阻尼振動(dòng)的周期不變，振幅減小，故A錯(cuò)誤；BC．由于阻力影響，單擺要克服阻力做功，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中機(jī)械能一直逐漸減小，故P時(shí)刻的機(jī)械能大于N時(shí)刻的機(jī)械能，而兩點(diǎn)重力勢(shì)能相等，則P時(shí)刻的動(dòng)能大于N時(shí)刻的動(dòng)能，故B正確，C錯(cuò)誤；D．因?yàn)镻N兩時(shí)刻位置關(guān)于平衡位置對(duì)稱，但是速度不等，則兩時(shí)刻受到繩子的拉力大小不相等，故D錯(cuò)誤。(1)擺球的勢(shì)能大小由其位移和擺球質(zhì)量共同決定，由圖可知P、N兩時(shí)刻位移大小相同，則可判斷出擺球的勢(shì)能大小。(2)機(jī)械能E等于動(dòng)能Ek和勢(shì)能Ep之和,阻尼振動(dòng)中,由于系統(tǒng)機(jī)械能在減少E減小,

P、N兩時(shí)刻勢(shì)能相同，則P時(shí)刻動(dòng)能大于N時(shí)刻動(dòng)能。規(guī)律方法產(chǎn)生持續(xù)的振動(dòng)最簡(jiǎn)單的辦法是使周期性的外力作用于振動(dòng)系統(tǒng)，外力對(duì)系統(tǒng)做功，補(bǔ)償系統(tǒng)的能量損耗，使系統(tǒng)的振動(dòng)維持下去。1.驅(qū)動(dòng)力對(duì)振動(dòng)系統(tǒng)施加的周期性的外力，這種周期性的外力叫作驅(qū)動(dòng)力。2.受迫振動(dòng)系統(tǒng)在驅(qū)動(dòng)力作用下的振動(dòng)，叫作受迫振動(dòng)。機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)底座發(fā)生的振動(dòng)、揚(yáng)聲器紙盆的振動(dòng)，都是受迫振動(dòng)。二、受迫振動(dòng)實(shí)驗(yàn)：研究受迫振動(dòng)的頻率如圖，架子上面的電動(dòng)機(jī)向下面的兩組彈簧—鉤碼系統(tǒng)施加周期性的驅(qū)動(dòng)力，使鉤碼做受迫振動(dòng)。改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以調(diào)整驅(qū)動(dòng)力的頻率。思考：物體做受迫振動(dòng)時(shí)，振動(dòng)穩(wěn)定后的頻率與什么有關(guān)？受迫振動(dòng)物體的頻率由什么決定？（1）接通電源，使鉤碼做受迫振動(dòng)，觀察記錄驅(qū)動(dòng)力的頻率和鉤碼振動(dòng)的頻率。（2）改變驅(qū)動(dòng)力的頻率，再做記錄。研究受迫振動(dòng)的頻率視頻實(shí)驗(yàn)結(jié)論：（1）物體做受迫振動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定后，物體振動(dòng)的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，與物體的固有頻率無(wú)關(guān)。（2）驅(qū)動(dòng)力的頻率與系統(tǒng)的固有頻率相差越少，振幅越大，相差越多，振幅越小。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：（1）物體做受迫振動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定后，物體振動(dòng)的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，與物體的固有頻率無(wú)關(guān)。（2）驅(qū)動(dòng)力的頻率與系統(tǒng)的固有頻率相差越少，振幅越大，相差越多，振幅越小。3.共振現(xiàn)象及其應(yīng)用做一做：如圖，鐵架橫梁上掛著幾個(gè)擺長(zhǎng)不同的擺。其中，A與D、G的擺長(zhǎng)相同，D的擺球質(zhì)量大于其他擺球。使D擺偏離平衡位置后釋放，D擺在振動(dòng)中通過(guò)橫梁對(duì)其他幾個(gè)擺施加周期性的驅(qū)動(dòng)力。在振動(dòng)穩(wěn)定后比較各球的振幅。ADGCE小球共振實(shí)驗(yàn)視頻（1）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：通過(guò)觀察會(huì)發(fā)現(xiàn)，固有頻率與D擺相同的A擺、G擺振幅最大，固有頻率與D擺相差較多的C擺、E擺振幅最小。（2）實(shí)驗(yàn)結(jié)論物體在做受迫振動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)力的頻率與物體的固有頻率相差越小，受迫振動(dòng)的振幅越大；當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率與物體的固有頻率相等時(shí)，受迫振動(dòng)的振幅達(dá)到最大。4.共振（1）驅(qū)動(dòng)力的頻率接近物體的固有頻率時(shí)，受迫振動(dòng)的振幅增大，這種現(xiàn)象叫做共振。（2）共振曲線直觀地反映了物體做受迫振動(dòng)的振幅與驅(qū)動(dòng)力頻率的關(guān)系。①當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率f偏離固有頻率f0較大時(shí)，受迫振動(dòng)的振幅較小；②當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率f等于固有頻率f0時(shí)，受迫振動(dòng)的振幅最大；③共振曲線上除峰值外,其他某一振幅都對(duì)應(yīng)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)力頻率。5.共振的應(yīng)用與防止（1）應(yīng)用實(shí)例：共振篩、共鳴箱共振篩共鳴箱1940年，美國(guó)的全長(zhǎng)860米的塔柯姆大橋因大風(fēng)引起的共振而塌毀。（2）共振的防止①在橋梁、碼頭等各種建筑的設(shè)計(jì)施工中，以及飛機(jī)、汽車、輪船的發(fā)動(dòng)機(jī)等機(jī)器設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造、安裝中，都必須考慮防止共振產(chǎn)生的危害，以保證建筑和設(shè)備的安全。②防止實(shí)例：機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)為了防止共振要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速在振動(dòng)物體底座加防振墊軍隊(duì)或火車過(guò)橋時(shí)要放慢速度或便步走。例2.如圖所示，曲軸上掛一個(gè)彈簧振子，轉(zhuǎn)動(dòng)搖把，曲軸可帶動(dòng)彈簧振子上下振動(dòng)。開(kāi)始時(shí)不轉(zhuǎn)動(dòng)搖把，讓振子自由振動(dòng)，測(cè)得其頻率為2Hz?，F(xiàn)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)搖把，轉(zhuǎn)速為240r/min。則（）A．當(dāng)振子穩(wěn)定振動(dòng)時(shí)，它的振動(dòng)周期是0.5sB．當(dāng)振子穩(wěn)定振動(dòng)時(shí)，它的振動(dòng)頻率是4HzC．當(dāng)轉(zhuǎn)速增大時(shí)，彈簧振子的振幅增大D．當(dāng)轉(zhuǎn)速減小時(shí)，彈簧振子的振幅不變B規(guī)律方法

1．如圖所示是單擺做阻尼振動(dòng)的位移—時(shí)間圖線，下列說(shuō)法中正確的是（）A．?dāng)[球在P與N時(shí)刻的勢(shì)能相等B．?dāng)[球在P與N時(shí)刻的動(dòng)能相等C．?dāng)[球在P與N時(shí)刻的機(jī)械能相等D．?dāng)[球在P時(shí)刻的機(jī)械能小于在N時(shí)刻的機(jī)械能A課堂達(dá)標(biāo)2．一個(gè)單擺做受迫振動(dòng)，其共振曲線（振幅A與驅(qū)動(dòng)力的頻率f的關(guān)系）如圖所示，則（）A．此單擺的固有周期約為0.5sB．此單擺的擺長(zhǎng)約為2mC．若擺長(zhǎng)增大，單擺的固有頻率增大D．若將此單擺由山腳移至山頂，共振曲線的峰將略微向左移動(dòng)D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)：振幅逐漸減小振動(dòng)系統(tǒng)能量衰減方式受迫振動(dòng)共振產(chǎn)生共振的條件共振的防止和應(yīng)用課堂小結(jié)備用工具&資料2．一個(gè)單擺做受迫振動(dòng)，其共振曲線（振幅A與驅(qū)動(dòng)力的頻率f的關(guān)系）如圖所示，則（）A．此單擺的固有周期約為0.5sB．此單擺的擺長(zhǎng)約為2mC．若擺長(zhǎng)增大，單擺的固有頻率增大D．若將此單擺由山腳移至山頂，共振曲線的峰將略微向左移動(dòng)D規(guī)律方法

一、振動(dòng)中的能量損失1.

固有振動(dòng)思考：讓單擺、彈簧振子自由振動(dòng),忽略空氣阻力,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),周期或頻率與振幅無(wú)關(guān),僅由系統(tǒng)自身的性質(zhì)決定。（1）固有振動(dòng)：簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的周期或頻率與振幅無(wú)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)。

課堂探究（2）固有頻率：物體固有振動(dòng)時(shí)的頻率僅有系統(tǒng)自身的性質(zhì)決定,稱固有頻率。2.阻尼振動(dòng)（2）實(shí)際的振動(dòng)一定是阻尼振動(dòng)。（1）阻尼振動(dòng)：振幅隨時(shí)間逐漸減小的振動(dòng)稱為阻尼振動(dòng)。搖曳的樹(shù)葉會(huì)停下來(lái)，擺動(dòng)的秋千也會(huì)停止運(yùn)動(dòng)。②另一種是由于振動(dòng)系統(tǒng)引起鄰近介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)，使能量向四周輻射出去，從而自身機(jī)械能減少。例如：音叉發(fā)聲時(shí)，一部分機(jī)械能隨聲波輻射到周圍空間，導(dǎo)致音叉振幅減小。例1.如圖所示是某單擺做阻尼振動(dòng)的振動(dòng)圖線，下列說(shuō)法正確的是（）A．振動(dòng)過(guò)程中周期變小B．?dāng)[球P時(shí)刻的機(jī)械能大于N時(shí)刻的機(jī)械能C．?dāng)[球P時(shí)刻的動(dòng)能等于N時(shí)刻的動(dòng)能D．小球在P時(shí)刻和