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(共23張PPT)
第二章 機械振動
第6節(jié) 受迫振動 共振
學習目標
1. 知道什么是阻尼振動和受迫振動，會用能量觀點分析阻尼振動的振幅變化和受迫振動的共振現(xiàn)象；
2. 了解產(chǎn)生共振的條件，認識共振是受迫振動的特殊情況；
3. 能夠根據(jù)實際生活中的振動特點，應用振動的規(guī)律解釋與解決相關(guān)問題。
思考：
你知道為什么大鐘會無緣無故地鳴響嗎？
東漢以后三國紛爭年代，有一天，魏都洛陽宮殿前面的一口大鐘，突然無緣無故地鳴響起來，滿朝文武議論紛紛，有的以為是不祥之兆,也有人乘機獻媚，把它說成是祥瑞。
知識點一：振動中的能量損失
1. 固有振動
振動系統(tǒng)不受外力的作用在自身結(jié)構(gòu)影響下的振動
固有振動：
固有周期(頻率)：由自身結(jié)構(gòu)所決定的周期T0 ( f0 )
物體的振動周期與頻率由振動物體本身性質(zhì)決定的，與振幅無關(guān)。
如：彈簧振子： 單 擺：
T =2
2. 阻尼振動
（1）阻尼振動：系統(tǒng)克服阻尼的作用要做功，消耗機械能。振幅逐漸減小的振動，叫做阻尼振動。
（2）阻尼振動特點：
①阻尼振動：振幅逐漸減小的振動
②阻尼振動的圖像
③振動系統(tǒng)受到的阻尼越大，振幅減小越快，阻尼過大時，系統(tǒng)將不能發(fā)生振動。
④實際的振動一定是阻尼振動
系統(tǒng)不受外力作用，也不受任何阻力，只在自身回復力作用下的振動，稱為自由振動，又叫做無阻尼振動。
（3）自由振動和阻尼振動的振動圖像
思考：阻尼振動中，由于存在阻力，振幅不斷減小，故振動系統(tǒng)的機械能將不斷減少，那么，振動系統(tǒng)的周期和頻率也會發(fā)生變化嗎？
振動周期與振幅無關(guān)，故阻尼振動中周期和頻率不變！
T
T
T
思考：阻尼振動最終要停下來，那么怎樣才能產(chǎn)生持續(xù)的振動呢？
知識點二：受迫振動
產(chǎn)生持續(xù)的振動最簡單的辦法是使周期性的外力作用于振動系統(tǒng)，外力對系統(tǒng)做功，補償系統(tǒng)的能量損耗，使系統(tǒng)的振動維持下去。
對振動系統(tǒng)施加的周期性的外力，這種周期性的外力叫作驅(qū)動力。
機器運轉(zhuǎn)時底座發(fā)生的振動、揚聲器紙盆的振動，都是受迫振動。
1.驅(qū)動力
2.受迫振動
系統(tǒng)在驅(qū)動力作用下的振動，叫作受迫振動。
如圖，架子上面的電動機向下面的兩組彈簧—鉤碼系統(tǒng)施加周期性的驅(qū)動力，使鉤碼做受迫振動。
改變電動機的轉(zhuǎn)速可以調(diào)整驅(qū)動力的頻率。
研究受迫振動的頻率
做一做
（1）接通電源，使鉤碼做受迫振動，觀察記錄驅(qū)動力的頻率和鉤碼振動的頻率。
（2）改變驅(qū)動力的頻率，再做記錄。
研究受迫振動的頻率視頻
思考：鉤碼做受迫振動的頻率與驅(qū)動力的頻率有什么關(guān)系？
結(jié)論：
（1）物體做受迫振動達到穩(wěn)定后，物體振動的頻率等于驅(qū)動力的頻率，與物體的固有頻率無關(guān)。
（2）驅(qū)動力的頻率與系統(tǒng)的固有頻率相差越少，振幅越大，相差越多，振幅越小。
知識點三：共振現(xiàn)象及其應用
做一做：
如圖，鐵架橫梁上掛著幾個擺長不同的擺。
其中，A 與 D、G 的擺長相同，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 擺在振動中通過橫梁對其他幾個擺施加周期性的驅(qū)動力。在振動穩(wěn)定后比較各球的振幅。
實驗現(xiàn)象：通過觀察會發(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。
小球共振實驗視頻
實驗結(jié)論：
物體在做受迫振動時，驅(qū)動力的頻率與物體的固有頻率相差越小，受迫振動的振幅越大；當驅(qū)動力的頻率與物體的固有頻率相等時，受迫振動的振幅達到最大。
共振的應用
共振篩
轉(zhuǎn)速計
偏心輪轉(zhuǎn)動產(chǎn)生周期性的驅(qū)動力，當驅(qū)動力頻率與篩子固有頻率相當時會產(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，與開動著的機器緊密接觸，機器的振動引起轉(zhuǎn)速計的輕微振動，固有頻率與機器轉(zhuǎn)速一致的那個鋼片發(fā)生共振。
3.共振的防止與利用
共鳴箱
幾乎所有樂器都利用共振達到放大某一頻率，同時抑制其他頻率聲音的目的。
共振的防止
1831年，一隊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．因為大隊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，當它的振幅達到甚至超過橋梁的形變能力時，橋就斷了．
因為喊叫聲中某一頻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，其后果十分嚴重。
登雪山運動員登山時嚴禁大聲喊叫？
1．下列各種振動中，不是受迫振動的是( )
　A．敲擊后的鑼面的振動
　B．縫紉機針的振動
　C．人挑擔子時，擔子上下振動
　D．蜻蜓蝴蝶翅膀的振動
Ａ
2. 如圖所示為單擺做阻尼振動時的振動圖線，下列說法正確的是(　 　)
A．擺球在A時刻的動能等于在B時刻的動能
B．擺球在A時刻的勢能等于在B時刻的勢能
C．擺球在A時刻的機械能等于在B時刻的機械能
D．擺球在后一時刻的動能總比前一時刻的動能小
B
3.(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
ACD
4. (多選)一根張緊的繩上懸掛著4個單擺，a和d擺長相等，其余各擺擺長不相等，如圖所示，使d擺開始振動，則其余三擺的振動情況是( 　　)
A．a(chǎn)擺的振幅最大
B．c擺的振幅最大
C．c擺的振幅、周期最大，b擺的振動周期最小
D．a(chǎn)、b、c三擺的振動周期均等于d擺的振動周期
AD
振動中的能量損失
受迫振動在驅(qū)動力作用下的振動
受迫振動
共振現(xiàn)象及其應用
產(chǎn)生共振的條件
共振的應用和防止
受迫振動 共振
驅(qū)動力：對振動系統(tǒng)施加的周期性的外力
固有振動：系統(tǒng)不受外力作用時的振動
固有頻率：固有振動的頻率

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