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(共22張PPT)
受迫振動(dòng) 共振
目 錄
1. 固有頻率
2. 阻尼振動(dòng)
3. 受迫振動(dòng)
4. 共振
1.知道阻尼振動(dòng)和受迫振動(dòng)的概念和特點(diǎn)。
2.會(huì)用能量的觀點(diǎn)分析阻尼振動(dòng)的振幅減小和受迫振動(dòng)的共振現(xiàn)象。
3.通過實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)固有頻率、驅(qū)動(dòng)力頻率與振動(dòng)頻率的區(qū)別和聯(lián)系。
4.了解產(chǎn)生共振的條件，認(rèn)識(shí)共振是受迫振動(dòng)的一種特殊情況。
5.能夠應(yīng)用振動(dòng)的規(guī)律解釋實(shí)際生活中的關(guān)于振動(dòng)的相關(guān)問題。
學(xué)習(xí)目標(biāo)
“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(huì)發(fā)出嗡嗡聲，到一定節(jié)奏時(shí)還會(huì)濺起層層水花。這是為什么
新課導(dǎo)入
問題？
一、固有頻率
通過對(duì)彈簧振子和單擺的研究，我們知道彈簧振子和單擺在沒有外力的作用下做簡諧運(yùn)動(dòng)，周期和頻率與振幅無關(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)，其振動(dòng)頻率稱為固有頻率。
二、阻尼振動(dòng)
生活中，擺動(dòng)的秋千會(huì)停下了，由于存在阻力的作用，在振動(dòng)過程中阻力一直做負(fù)功，導(dǎo)致振動(dòng)幅度必然逐漸減小。
阻尼振動(dòng)：振幅隨時(shí)間逐漸減小的振動(dòng)
振動(dòng)系統(tǒng)能量衰減的兩種方式：
（1）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。例如單擺運(yùn)動(dòng)時(shí)受空氣阻力。
（2）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。
課堂練習(xí)
1．如圖所示為一個(gè)水平的彈簧振子做阻尼振動(dòng)的圖像，曲線上A、B 兩點(diǎn)的連線與橫軸平行，下列說法正確的是（　　）
A．振子在 時(shí)刻的動(dòng)能等于 時(shí)刻的動(dòng)能
B．振子在 時(shí)刻的速度大于 時(shí)刻的速度
C．振子在 時(shí)刻的彈性勢能小于 時(shí)刻的彈性勢能
D．振子在 時(shí)刻的機(jī)械能等于 時(shí)刻的機(jī)械能
三、受迫振動(dòng)
阻尼振動(dòng)最終都要停下來，那么怎么才能產(chǎn)生持續(xù)的振動(dòng)呢？
最簡單的方法是周期性的外力作用在振動(dòng)系統(tǒng)中，即外力對(duì)系統(tǒng)做功，補(bǔ)償系統(tǒng)能量的消耗，使系統(tǒng)的振動(dòng)持續(xù)下去。
1、驅(qū)動(dòng)力：作用在振動(dòng)系統(tǒng)上的周期性外力
2、受迫振動(dòng)：系統(tǒng)在驅(qū)動(dòng)力作用下的振動(dòng)
揚(yáng)聲器紙盆的振動(dòng)
做一做
研究受迫振動(dòng)頻率
受迫振動(dòng)的頻率與什么因素有關(guān)？
3、受迫振動(dòng)的特點(diǎn)：
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關(guān)。
三種振動(dòng)的比較
振動(dòng)類型 簡諧運(yùn)動(dòng) 阻尼振動(dòng) 受迫振動(dòng)
特點(diǎn) 振幅不變 振幅減小 受周期性外力
頻率 固有頻率 固有頻率 由驅(qū)動(dòng)力的頻率決定
圖像 不確定
應(yīng)用 彈簧振子和單擺 音叉發(fā)聲 揚(yáng)聲器紙盆的振動(dòng)
四、共 振
在周期性驅(qū)動(dòng)力作用下的受迫振動(dòng)，振動(dòng)幅度是否也跟它的固有頻率無關(guān)呢？
做一做
演示共振現(xiàn)象
1、受迫振動(dòng)的振幅特點(diǎn)
驅(qū)動(dòng)力的頻率與系統(tǒng)的固有頻率相差越少，受迫振動(dòng)的振幅越大；
驅(qū)動(dòng)力的頻率與系統(tǒng)的固有頻率相差越多，受迫振動(dòng)的振幅越小；
驅(qū)動(dòng)力的頻率與系統(tǒng)的固有頻率相等時(shí)，受迫振動(dòng)的振幅最大。
2、共振
當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率等于系統(tǒng)的固有頻率時(shí)，受迫振動(dòng)的振幅達(dá)到最大值，這種現(xiàn)象稱為共振。
共振應(yīng)用
把一些不同長度的鋼片安裝在同一個(gè)支架上，可以制成轉(zhuǎn)速計(jì)。有的時(shí)候，也要避免共振。例如，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，以確保建筑和設(shè)備的安全。
共振是十分普遍的現(xiàn)象，在工程技術(shù)的許多領(lǐng)域都可以觀察到共振現(xiàn)象，并且應(yīng)用共振現(xiàn)象。
課堂練習(xí)
2．關(guān)于受迫振動(dòng)和共振，下列說法正確的是（ ）
A．火車過橋時(shí)限制速度是為了防止火車發(fā)生共振
B．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
C．受迫振動(dòng)穩(wěn)定后的振動(dòng)頻率，與振動(dòng)系統(tǒng)本身有關(guān)
D．一個(gè)受迫振動(dòng)系統(tǒng)在非共振狀態(tài)時(shí)，同一振幅對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)力頻率一定有兩個(gè)
課堂練習(xí)
3．如圖所示，一個(gè)豎直圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，固定在圓盤上的小圓柱帶動(dòng)一個(gè)T形支架在豎直方向振動(dòng)，T形支架下面系著一個(gè)輕質(zhì)彈簧和實(shí)心鐵質(zhì)小球組成的振動(dòng)系統(tǒng)，小球浸沒在水中。當(dāng)圓盤靜止時(shí)，讓小球在水中振動(dòng)，其阻尼振動(dòng)的頻率為3Hz 。現(xiàn)使圓盤以不同的周期勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)小球振動(dòng)，發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定后小球的振幅不同。下列選項(xiàng)中，使小球振幅最大的周期是（ ）
A．0.15s B．0.25s C．0.35s D．0.45s
課堂練習(xí)
4．如圖甲所示，在一條張緊的繩子上掛幾個(gè)擺，a、c擺的擺長相同且小于b擺的擺長。當(dāng)a擺振動(dòng)的時(shí)候，通過張緊的繩子給其他各擺施加驅(qū)動(dòng)力，使其余各擺也振動(dòng)起來。圖乙是c擺穩(wěn)定以后的振動(dòng)圖像，圖丙是c擺的共振曲線，不計(jì)空氣阻力，則（　　）
A．b、c擺振動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，b擺振幅較大
B．若減小a擺的振動(dòng)周期，則c擺共振曲線的峰將向右移動(dòng)
C．a(chǎn)、c擺的固有周期相等
D．由圖乙可知，此時(shí)b擺的周期大于t0
課堂小結(jié)
外力作用下的振動(dòng)
共振：當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率等于固有頻率時(shí)，受迫振動(dòng)的幅度最大
阻尼振動(dòng):振幅隨時(shí)間逐漸減小的振動(dòng)
受迫振動(dòng)：系統(tǒng)受到周期性外力作用下的振動(dòng)
課后作業(yè)
完成課后習(xí)題

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