高中物理-選擇性必修1-第二章-6-受迫振動(dòng)-共振

6受迫振動(dòng)共振1.通過生活實(shí)例,理解固有振動(dòng)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(shí)例分析,掌握共振的利用和防止措施。1.固有振動(dòng)和固有頻率如果振動(dòng)系統(tǒng)不受①

外力

的作用,此時(shí)的振動(dòng)叫作固有振動(dòng),其振動(dòng)頻率稱為

固有頻率。固有頻率只由系統(tǒng)本身的性質(zhì)決定。2.阻力作用下的振動(dòng)的變化當(dāng)振動(dòng)系統(tǒng)受到阻力的作用時(shí),我們說振動(dòng)受到了②

阻尼

。系統(tǒng)克服阻尼的作用要做功,消耗③

機(jī)械能

,因而振幅減小,最后停下來。1|振動(dòng)中的能量損失3.阻尼振動(dòng)④

振幅

隨時(shí)間逐漸減小的振動(dòng)叫作阻尼振動(dòng)。振動(dòng)系統(tǒng)受到的阻尼越大,振

幅減小得越快。4.實(shí)際振動(dòng)的理想化當(dāng)阻尼很小時(shí),在不太長的時(shí)間內(nèi)看不出振幅有明顯的減小,于是可以把它當(dāng)成⑤

簡諧運(yùn)動(dòng)

來處理。2|受迫振動(dòng)1.持續(xù)振動(dòng)實(shí)際的振動(dòng)由于阻尼作用最終要停下來,要維持系統(tǒng)的持續(xù)振動(dòng),辦法是使⑥

周期性

的外力作用于振動(dòng)系統(tǒng),外力對系統(tǒng)做正功,補(bǔ)償系統(tǒng)的能量損耗。2.驅(qū)動(dòng)力:作用于振動(dòng)系統(tǒng)的⑦

周期性

的外力。3.受迫振動(dòng):振動(dòng)系統(tǒng)在⑧

驅(qū)動(dòng)力

作用下的振動(dòng)。4.受迫振動(dòng)的頻率做受迫振動(dòng)的系統(tǒng)振動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定后,其振動(dòng)頻率等于⑨

驅(qū)動(dòng)力

的頻率,與系統(tǒng)

的⑩

固有頻率

無關(guān)。3|共振現(xiàn)象及其應(yīng)用1.共振當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率

等于

系統(tǒng)的固有頻率時(shí),物體做受迫振動(dòng)的振幅達(dá)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(biāo)為驅(qū)動(dòng)力的頻率,縱坐標(biāo)為受迫振動(dòng)的振幅。由共振曲線可知,當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率與振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率相等時(shí),物體做受迫振動(dòng)的振幅最大。3.共振的利用和防止在需要利用共振的時(shí)候,應(yīng)使驅(qū)動(dòng)力的頻率盡可能接近振動(dòng)系統(tǒng)的

固有頻率

;在防止共振時(shí),驅(qū)動(dòng)力的頻率與振動(dòng)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(shí),受迫振動(dòng)的頻率才等于驅(qū)動(dòng)力的頻率。

(

?)2.挑水時(shí)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(dòng)的頻率低于200Hz時(shí),蜘蛛

網(wǎng)不振動(dòng)。

(

?)4.單擺在周期性外力作用下做受迫振動(dòng),其振動(dòng)周期與單擺的擺長有關(guān)。

(

?)提示:單擺在周期性外力作用下做受迫振動(dòng),其振動(dòng)周期等于驅(qū)動(dòng)力周期,與單擺的

擺長無關(guān)。判斷正誤，正確的畫“√”，錯(cuò)誤的畫“?”。5.9級地震可以導(dǎo)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(dòng)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(dòng),受迫振動(dòng)的周期等于驅(qū)動(dòng)力周期,所以地

震中建筑物的振動(dòng)周期都相同。6.若單擺擺動(dòng)時(shí)固定點(diǎn)松動(dòng),則該單擺的共振曲線的“峰值”將向右移動(dòng)。

(

?)提示:單擺的固定點(diǎn)松動(dòng)導(dǎo)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(dòng)。|簡諧運(yùn)動(dòng)、阻尼振動(dòng)、受迫振動(dòng)、共振的對比情境

多年前《科學(xué)美國人》雜志曾有一篇報(bào)道,描述了這樣一個(gè)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。”此篇報(bào)道引起

了各界人士的強(qiáng)烈質(zhì)疑,更有人直呼“這不科學(xué)”。根據(jù)以上報(bào)道,請思考以下幾

個(gè)問題:問題1.報(bào)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(zhì)都是玻璃。2.針對質(zhì)疑,物理學(xué)家指出:“每一塊玻璃都存在一個(gè)天然的共振頻率,一旦外界擾

動(dòng),便可能讓玻璃產(chǎn)生大幅度震蕩乃至引發(fā)破碎?！逼渲小疤烊坏墓舱耦l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(shí)生活中,要想實(shí)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(dòng),對于振動(dòng)的空氣而言,玻璃杯的重量太重,空氣難以對其

產(chǎn)生大的影響,只有那些非常脆弱的玻璃制品能夠產(chǎn)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(yùn)動(dòng)和阻尼振動(dòng)、受迫振動(dòng)、共振的比較簡諧運(yùn)動(dòng)是一種理想化的物理模型,物體振動(dòng)過程中的一切阻力都不考慮,因此實(shí)

際中并不存在;阻尼振動(dòng)卻考慮阻力的影響;而受迫振動(dòng)是物體做阻尼振動(dòng)時(shí)受到

驅(qū)動(dòng)力作用下的振動(dòng);共振則是一種特殊的受迫振動(dòng)。

簡諧運(yùn)動(dòng)阻尼振動(dòng)受迫振動(dòng)共振受力情況不受阻力作用受阻力作用受阻力和驅(qū)動(dòng)力

作用受阻力和驅(qū)動(dòng)力作用振幅不變變小穩(wěn)定后不變最大振動(dòng)周期(或頻率)由振動(dòng)系統(tǒng)本身

決定,即固有周期

(或固有頻率)由振動(dòng)系統(tǒng)本身

決定,即固有周期

(或固有頻率)由驅(qū)動(dòng)力的周期

(或頻率)決定,即T

受=T驅(qū)(或f受=f驅(qū))T驅(qū)=T固(或f驅(qū)=f固)

簡諧運(yùn)動(dòng)阻尼振動(dòng)受迫振動(dòng)共振振動(dòng)圖像