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第二章 機械振動
第6節 受迫振動 共振
觀察和思考
你是否可以用物理知識解釋濺起層層水花這一現象的原因呢？
回顧：簡諧運動
固有周期(頻率)T0(f0)：固有振動的周期(頻率)。由振動物體本身的性質（自身結構）決定，與振幅無關。
彈簧振子：
單擺：
均為理想化模型
固有振動（自由振動）：振動系統在在沒有外力干預的情況下，僅在自身結構影響下的振動；
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象；
2. 了解產生共振的條件，認識共振是受迫振動的特殊情況；
3. 能夠根據實際生活中的振動特點，應用振動的規律解釋與解決相關問題。
振動中的能量會損失，機械能會減小
若振動過程中存在阻力，振幅會發生如何變化呢？
1.阻尼振動：
振動系統在阻尼（摩擦或其他阻力）作用下的振幅逐漸減小的振動。
知識點一：振動中的能量損失
機械能轉化為內能
2.原因：
受力：受到阻力（外力）
能量：機械能轉化為內能
3.阻尼振動的圖像
4.特點：（1）振幅不斷減少；
振動中的能量會損失
（2）振動系統受到的阻尼越大，振幅減小得越快，阻尼過大時，系統將不能發生振動。
生活中的實際的振動一定有空氣阻力，故是阻尼振動
阻尼振動中，由于存在阻力，振幅不斷減小，故振動系統的機械能將不斷減少，那么，振動系統的周期和頻率也會發生變化嗎？
振動周期與振幅無關，故阻尼振動中周期和頻率不變！
T
T
T
阻尼振動的能量有什么特點？
物體在做阻尼振動的過程中，總機械能逐漸減小，物體位移大小相等時，勢能大小相等，但動能與上一次相比將減小。
5.能力衰減的方式通常有兩種：
①由于振動系統受到摩擦阻力的作用，使振動系統的機械能逐漸轉化為內能。
例如：單擺運動時受到空氣的阻力。
②由于振動系統引起鄰近介質中質點的振動，使能量向四周輻射出去，從而自身機械能減少。
例如：音叉發聲時，一部分機械能隨聲波輻射到周圍空間。導致音叉振幅減小。
阻尼振動最終要停下來，那么怎樣才能產生持續的振動呢？
用周期性的外力作用于振動系統，補償系統機械能的損耗，使系統持續地振動下去。
知識點二：受迫振動
1.驅動力:作用于振動系統的周期性的外力。
2.受迫振動:系統在驅動力作用下的振動叫作受迫振動 。
例如：機械運轉時底座發生的振動、揚聲器紙盆的振動，都是受迫振動。
受迫振動的頻率與什么有關呢？
受迫振動的應用實例
跳板在人走過時發生的振動
機器底座在機器運轉時發生的振動
聽到聲音時耳膜的振動
電磁打點計時器的振針所做的振動
振針
研究受迫振動的頻率
大量的實驗都證實：物體做受迫振動達到穩定后，物體振動的頻率等于驅動力的頻率，與物體的固有頻率無關。
物體做受迫振動的振幅是否也跟它的固有頻率無關呢
結論：驅動力的頻率等于振動物體的固有頻率時，振幅最大；驅動力的頻率跟固有頻率相差越大，振幅越小。
振動 類型 比較 項目　　 簡諧運動 阻尼振動 受迫振動
產生條件 不受阻力作用 受阻力作用 受阻力和驅動力作用
頻率 固有頻率 固有頻率 驅動力頻率
振幅 不變 減少 大小變化不確定
簡諧運動、阻尼振動與受迫振動的區別
振動 類型 比較 項目　　 簡諧運動 阻尼振動 受迫振動
振動圖象 形狀不確定
實例 彈簧振子振動，單擺做小角度擺動 敲鑼打鼓發出的聲音越來越弱，是因振幅越來越小 揚聲器紙盆振動發聲，鐘擺的擺動
1.定義：驅動力的頻率f 等于物體的固有頻率f0時，受迫振動的振幅最大，這種現象叫做共振。
橫軸：表示驅動力的頻率
縱軸：表示受迫振動的振幅
2.共振曲線：
3.受迫振動的規律
f驅 = f固 時，振幅有最大值；
f驅 與 f固 差別越大時，振幅越小。
知識點三：共振現象及其應用
4.共振的應用與防止
（1）應用實例：共振篩、共鳴箱
共振篩
共鳴箱
1940年，美國的全長860米的塔柯姆大橋因大風引起的共振而塌毀。
（2）共振的防止
①在橋梁、碼頭等各種建筑的設計施工中，以及飛機、汽車、輪船的發動機等機器設備的設計、制造、安裝中，都必須考慮防止共振產生的危害，以保證建筑和設備的安全。
②防止實例：
機器運轉時為了防止共振要調節轉速
在振動物體底座加防振墊
軍隊或火車過橋時要放慢速度或便步走。
1．下列敘述中不屬于共振現象的有（　　）
A．大隊人馬邁著整齊步伐過橋可能會導致橋梁斷裂
B．耳朵湊近空熱水瓶口能聽到嗡嗡的聲音
C．海上風暴引起強烈的震動產生次聲波（頻率f＜20 Hz）
D．把彈簧振子拉到距離平衡位置最遠時放手，則此時振幅最大
D
2．如果存在摩擦和空氣阻力，那么任何物體的機械振動嚴格地講都不是簡諧運動，在振動過程中振幅、周期和機械能將（　　）
A．振幅減小，周期減小，機械能減少
B．振幅減小，周期不變，機械能減少
C．振幅不變，周期減小，機械能減少
D．振幅不變，周期不變，機械能減少
B
3. 如圖所示，在一根張緊的繩子上掛幾個擺，其中A、B的擺長相等。先讓A擺振動起來，B、C、D三個擺隨后也跟著振動起來，則穩定時（　　）
A.三個擺振動的振幅大小相等
B.三個擺的振幅大小不同，B擺的振幅最大
C.B擺的振動周期最大，D擺的振動周期最小
D.D擺的振動周期最大，C擺的振動周期最小
B
4. 一個單擺在地面上做受迫振動，其共振曲線（振幅A與驅動力頻率f的關系）如圖所示，則（　　）
A
A.此單擺的擺長約為1 m
B.若擺長增大，單擺的固有頻率增大
C.此單擺的固有周期約為0.5 s
D.若擺長增大，共振曲線的峰值將向右移動
振動中的能量損失
受迫振動在驅動力作用下的振動
阻尼振動：振幅逐漸減小
振動系統能量衰減方式
受迫振動
共振現象及其應用
共振現象
共振的應用和防止
受迫振動 共振
驅動力：對振動系統施加的周期性的外力
共振曲線

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