資源簡介

(共45張PPT)
學(xué)習(xí)目標(biāo)
2
知道什么是受迫振動，知道受迫振動的頻率等于驅(qū)動力的頻率，而跟振動物體的固有頻率無關(guān).
1
知道什么是阻尼振動，知道實(shí)際的振動可以看作簡諧運(yùn)動的條件.
重點(diǎn)
3
知道什么是共振，掌握產(chǎn)生共振的條件，理解共振曲線.
重難點(diǎn)
重點(diǎn)
“洗”是古代盥洗用的臉盆，多用青銅鑄成，現(xiàn)代亦有許多仿制的工藝品。倒些清水在其中，用手掌慢慢摩擦盆耳，盆就會發(fā)出嗡嗡聲，到一定節(jié)奏時還會濺起層層水花。
這是為什么？
物理的極致美感—神奇的沙子共振
科學(xué)家的靈竅、詩人的心扉、畫家的慧眼，此三者所感受到的都是同樣的和諧、同樣的優(yōu)美、同樣的富有韻律與節(jié)奏。
阻尼振動
簡諧運(yùn)動
無外力干預(yù)
振幅不變，機(jī)械能守恒
現(xiàn)實(shí)生活中是否存在簡諧運(yùn)動？若振動過程中存在阻力，它的振幅又發(fā)生如何變化呢？
由于實(shí)際的振動系統(tǒng)都會受到摩擦力、黏滯力等阻礙作用，振幅必然逐漸減小，最終停止
1.固有振動和固有頻率
(1)固有振動：振動系統(tǒng)在不受外力的情況下的振動.
(2)固有頻率：固有振動的頻率.由系統(tǒng)本身的性質(zhì)決定，與振幅大小無關(guān).
單擺的周期公式
彈簧振子周期公式
2.阻尼振動
(1)定義：振動系統(tǒng)受到阻力的作用，振幅隨時間逐漸減小的振動，叫作阻尼振動.
(2)阻尼振動的圖像
1.阻尼振動中振動系統(tǒng)能量衰減的方式有哪些？
(1)一種是由于振動系統(tǒng)受到摩擦阻力的作用，使振動系統(tǒng)的機(jī)械能逐漸轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.例如：單擺運(yùn)動時受到空氣的阻力.
(2)另一種是由于振動系統(tǒng)引起鄰近介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的振動，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，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.
2.阻尼振動中，在振幅逐漸減小的過程中，振動系統(tǒng)的周期和頻率也會發(fā)生變化嗎？
T
T
T
不變，振子的頻率和周期與振幅無關(guān).
1.(2021·華中師大附中檢測)由于存在空氣阻力，嚴(yán)格來講，任何物體的機(jī)械振動都不是簡諧運(yùn)動，在振動過程中
A.振幅減小、周期減小、機(jī)械能減小
B.振幅減小、周期不變、機(jī)械能減小
C.振幅不變、周期減小、機(jī)械能減小
D.振幅不變、周期不變、機(jī)械能減小
√
由于存在空氣阻力，振動系統(tǒng)在振動過程中機(jī)械能減小、振幅減小，但其周期為固有周期，即周期不變，故選B.
2.(多選)如圖是單擺做阻尼振動的振動圖線，下列說法正確的是
A.振動過程中周期變小
B.振動過程中周期不變
C.擺球A時刻的勢能等于B時刻的勢能
D.擺球A時刻的動能等于B時刻的動能
√
√
阻尼振動中，單擺的振幅逐漸減小，由于周期與振幅無關(guān)，故振動過程中周期不變，選項(xiàng)A錯誤，B正確；
因A、B兩時刻的位移相同，故擺球A時刻的勢能等于B時刻的勢能，選項(xiàng)C正確；
由于振動的能量逐漸減小，故擺球A時刻的動能大于B時刻的動能，選項(xiàng)D錯誤.
受迫振動
實(shí)際的振動一定是阻尼振動.搖曳的樹葉會停下來，擺動的秋千也會停止運(yùn)動.那么怎樣才能產(chǎn)生持續(xù)的振動呢？
受迫振動
用周期性的外力作用于振動系統(tǒng)，補(bǔ)償系統(tǒng)機(jī)械能的損耗，使系統(tǒng)持續(xù)地振動下去。
①跳板在人走過時發(fā)生的振動
②機(jī)器底座在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時發(fā)生的振動
③聽到聲音時耳膜的振動
④電磁打點(diǎn)計(jì)時器的振針?biāo)龅恼駝?br/>受迫振動實(shí)例：
振針
針頭
結(jié)論：物體做受迫振動時，振動穩(wěn)定后的頻率等于驅(qū)動力的頻率，跟物體的固有頻率無關(guān).
受迫振動的頻率與什么因素有關(guān)呢？
受迫振動
1.驅(qū)動力
驅(qū)動力：作用于振動系統(tǒng)的周期性的外力.
2.受迫振動
(1)定義：系統(tǒng)在驅(qū)動力作用下的振動.
(2)受迫振動的頻率(周期)：做受迫振動的物體，穩(wěn)定后其振動頻率總等于驅(qū)動力的頻率，與系統(tǒng)的固有頻率無關(guān).
受迫振動中，若周期性的驅(qū)動力給系統(tǒng)補(bǔ)充的能量與系統(tǒng)因阻尼振動消耗的能量相等，那么物體振動的振幅是否變化？它能否看成簡諧運(yùn)動？
物體做等幅振動，但此振動不是簡諧運(yùn)動．
3.如圖所示，在曲軸A上懸掛一個彈簧振子，如果轉(zhuǎn)動把手，曲軸可以帶動彈簧振子上下振動.問：
(1)開始時不轉(zhuǎn)動把手，而用手往下拉小球，然后放手讓小球上下振動，測得小球在10 s內(nèi)完成20次全振動，小球做什么振動？其固有周期和固有頻率各是多少？若考慮摩擦和空氣阻力，小球做什么振動？
答案　簡諧運(yùn)動　0.5 s　2 Hz　阻尼振動　
用手往下拉小球使小球獲得一定能量，放手后，小球因所受回復(fù)力與位移成正比，回復(fù)力方向與位移方向相反(F＝－kx)，所以做簡諧運(yùn)動，其周期和頻率是由它本身的結(jié)構(gòu)性質(zhì)決定的，稱為固有周期(T固)和固有頻率(f固)，根據(jù)題意 2 Hz.由于摩擦和空氣阻力的存在，小球克服摩擦力和阻力做功消耗能量，振幅越來越小，故振動為阻尼振動.
(2)在小球正常振動過程中，以轉(zhuǎn)速4 r/s勻速轉(zhuǎn)動把手，小球的振動穩(wěn)定后，小球做什么振動？其周期是多少？
答案　受迫振動　0.25 s
由于把手轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)速為4 r/s，它給彈簧振子的驅(qū)動力頻率為f驅(qū)＝4 Hz，周期T驅(qū)＝0.25 s，小球做受迫振動.振動達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，其頻率(或周期)等于驅(qū)動力的頻率(或周期)，而跟固有頻率(或固有周期)無關(guān).即f＝f驅(qū)＝4 Hz，T＝T驅(qū)＝0.25 s.
共振
物體做受迫振動的振幅是否也跟它的固有頻率無關(guān)呢
結(jié)論：驅(qū)動力的頻率等于振動物體的固有頻率時，振幅最大；
驅(qū)動力的頻率跟固有頻率相差越大，振幅越小。
共振
直觀體驗(yàn)神奇的共振現(xiàn)象
1.定義
驅(qū)動力的頻率f等于系統(tǒng)的固有頻率f0時，受迫振動的振幅最大，這種現(xiàn)象叫作共振.
2.共振曲線(如圖所示)
3.共振的防止與利用
(1)利用：由共振的條件知，要利用共振，就應(yīng)盡量使驅(qū)動力的頻率與物體的固有頻率一致.如：共振篩、蕩秋千、共振轉(zhuǎn)速計(jì)等.
(2)防止：由共振曲線可知，在需要防止共振危害時，要盡量使驅(qū)動力的頻率和固有頻率不相等，而且相差越大越好.如：部隊(duì)過橋應(yīng)便步走.
共振
共振的應(yīng)用
共振篩
轉(zhuǎn)速計(jì)
偏心輪轉(zhuǎn)動產(chǎn)生周期性的驅(qū)動力，當(dāng)驅(qū)動力頻率與篩子固有頻率相當(dāng)時會產(chǎn)生距離振動，提高篩除雜物效率。
不同長度的鋼片安裝在同一個支架上，與開動著的機(jī)器緊密接觸，機(jī)器的振動引起轉(zhuǎn)速計(jì)的輕微振動，固有頻率與機(jī)器轉(zhuǎn)速一致的那個鋼片發(fā)生共振。
共鳴箱
幾乎所有樂器都利用共振達(dá)到放大某一頻率，同時抑制其他頻率聲音的目的。
共鳴現(xiàn)象
唐朝時候，洛陽某寺一僧人房中掛
著的一件樂器，經(jīng)常莫名其妙地自
動鳴響，僧人因此驚恐成疾，四處
求治無效。他有一個朋友是朝中管
音樂的官員，聞訊特去看望他。這
時正好聽見寺里敲鐘聲，那件樂器
又隨之作響。于是朋友說：你的病我可以治好，因?yàn)槲艺业侥愕牟「恕Ｖ灰娕笥颜业揭话谚F銼，在樂器上銼磨幾下，樂器便再也不會自動作響了.
微波爐
微波爐加熱食品時，爐內(nèi)產(chǎn)生電磁波（微波），使食物中的水分子作受迫振動，發(fā)生共振，導(dǎo)致水分子振動激烈，從而使食物的溫度迅速升高。
借助了共振的原理：靠摩擦身體的某一部位與空氣產(chǎn)生共振（共鳴）而發(fā)聲。
蟬
共振的防止
1831年，一隊(duì)騎兵通過曼徹斯特附近的一座便橋時，由于馬蹄節(jié)奏整齊，造成226名官兵死亡．因?yàn)榇箨?duì)士兵邁步的頻率正好與大橋的固有頻率一致，使橋體的振動加強(qiáng)，當(dāng)它的振幅達(dá)到甚至超過橋梁的形變能力時，橋就斷了．
1940年11月7日早晨，跨度為850 m的美國塔科馬峽灣懸索大橋遭到了一場大風(fēng)的襲擊，引發(fā)了橋梁的扭轉(zhuǎn)共振。人們束手無策，只能眼看著大橋扭轉(zhuǎn)晃動的幅度越來越大。兩小時后，這座建成通車僅4個月的大橋轟然倒塌。
因?yàn)楹敖新曋心骋活l率若正好與山上積雪的固有頻率相吻合，就會因共振引起雪崩，其后果十分嚴(yán)重。
登雪山運(yùn)動員登山時嚴(yán)禁大聲喊叫？
振動控制技術(shù)
港珠澳大橋
目前，我國許多大型建筑工程中都采用了振動控制技術(shù).
1.固有振動、受迫振動和共振分別對應(yīng)的周期(或頻率)是什么？
固有振動對應(yīng)固有周期(或固有頻率)，
受迫振動對應(yīng)驅(qū)動力的周期(或頻率)，
而共振對應(yīng)的是驅(qū)動力的周期(或頻率)與固有周期(或頻率)相等.
2.對共振條件應(yīng)如何理解？
(1)從受力角度來看：驅(qū)動力的頻率跟物體的固有頻率越接近，使物體振幅增大的力的作用時間就越長，當(dāng)驅(qū)動力的頻率等于物體的固有頻率時，它的全部作用時間都使物體的振幅增加，從而振幅達(dá)到最大.
(2)從功能關(guān)系來看：當(dāng)驅(qū)動力的頻率越接近物體的固有頻率時，驅(qū)動力對物體做正功越多，振幅就越大.當(dāng)驅(qū)動力的頻率等于物體的固有頻率時，驅(qū)動力始終對物體做正功，從而振幅達(dá)到最大.
4.(多選)一個彈簧振子做受迫振動，它的振幅A與驅(qū)動力頻率f之間的關(guān)系如圖所示.由圖可知
A.驅(qū)動力頻率為f2時，振子處于共振狀態(tài)
B.驅(qū)動力頻率為f3時，受迫振動的振幅比共振小，
但振子振動的頻率仍為f2
C.如果振子做自由振動，它的頻率為f2
D.振子可以做頻率為f1的等幅振動
√
√
√
處于共振狀態(tài)時，振幅最大，所以A正確；
振子做受迫振動的頻率等于驅(qū)動力的頻率，所以驅(qū)動力頻率為f3時，受迫振動的振幅比共振小，但振子振動的頻率為f3，B錯誤；
當(dāng)驅(qū)動力頻率等于振子固有頻率時，振子處于共振狀態(tài)，所以如果振子做自由振動，則它的頻率為f2，C正確；
振子可以做頻率為f1的等幅振動，D正確.
5.(課本第58頁第2題改編)如圖所示，在一根張緊的繩上掛著四個單擺，甲、丙擺長相等.給甲擺一個初速度，使它擺動.一段時間后，下列說法正確的是
A.乙擺與甲擺周期不相同
B.丁擺頻率最小
C.丁擺振幅最大
D.丙擺振幅最大
√
甲擺提供驅(qū)動力，乙、丙、丁擺做受迫振動，故T甲＝T乙＝T丙＝T丁，又f＝ ，故選項(xiàng)A、B錯誤；
因?yàn)榧住⒈麛[長相等，故丙擺發(fā)生共振，振幅最大，故選項(xiàng)C錯誤，D正確.
6.(課本第58頁第3題)汽車的車身是裝在彈簧上的，某車的車身—彈簧系統(tǒng)的固有周期是1.5 s.這輛汽車在一條起伏不平的路上行駛，路面凸起之處大約都相隔8 m.汽車以多大速度行駛時，車身上下顛簸得最劇烈？
答案　5.3 m/s
受迫振動 共振
目標(biāo)一
阻尼振動
1.固有振動：系統(tǒng)不受外力作用時的振動
2.固有頻率：固有振動的頻率
目標(biāo)三
共振
目標(biāo)二
受迫振動
3.阻尼振動：振幅逐漸減小的振動
1.定義：系統(tǒng)在驅(qū)動力作用下的振動
2.頻率：振動頻率總等于驅(qū)動力的頻率，
與系統(tǒng)的固有頻率無關(guān)．
1.定義：驅(qū)動力的頻率等于系統(tǒng)的固有頻率時，
受迫振動的振幅最大．
2.共振的利用與防護(hù)
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