1、2.6 受迫振动受迫振动 共振共振第二章第二章 机械振动机械振动 “洗洗”是古代盥洗用的脸盆，多用青铜铸成，现代亦有许多仿制的工艺品。倒些是古代盥洗用的脸盆，多用青铜铸成，现代亦有许多仿制的工艺品。倒些清水在其中，用手掌慢慢摩擦盆耳，盆就会发出嗡嗡声，到一定节奏时还会溅起层清水在其中，用手掌慢慢摩擦盆耳，盆就会发出嗡嗡声，到一定节奏时还会溅起层层水花。这是为什么？层水花。这是为什么？一、简谐一、简谐运动运动物体的振动物体的振动周期与频率周期与频率由振动物体由振动物体本身的性质本身的性质决定，与振幅无关。决定，与振幅无关。gl2T 2mTk=弹簧振子：弹簧振子：单摆：单摆：均为理想化模型均为理想
2、化模型一、一、固有振动固有振动固有振动：固有振动：振动系统在在振动系统在在没有外力干预没有外力干预的情况下，的情况下，仅在自身结构影响下的振动；仅在自身结构影响下的振动；固有周期固有周期(频率频率)：由自身结构所决定的周期由自身结构所决定的周期T0(f0)均为理想化模型均为理想化模型思考：思考：现实生活中是否存在现实生活中是否存在固有振动固有振动？振动中的能量会损失，机械能会减小振动中的能量会损失，机械能会减小若振动过程中存在阻力，它的振幅又发生如何变化呢？若振动过程中存在阻力，它的振幅又发生如何变化呢？1.1.阻尼振动：阻尼振动：振动系统在阻尼（摩擦或其他阻力）作用下的振动系统在阻尼（摩擦或
3、其他阻力）作用下的振幅逐渐减小振幅逐渐减小的振动。的振动。生活中的实际的振动一定有空气阻力，生活中的实际的振动一定有空气阻力，故一定是故一定是阻尼振动阻尼振动一、一、固有振动固有振动机械能转化为内能机械能转化为内能思考：思考：现实生活中是否存在现实生活中是否存在固有振动固有振动？振动中的能量会损失，机械能会减小振动中的能量会损失，机械能会减小若振动过程中存在阻力，它的振幅又发生如何变化呢？若振动过程中存在阻力，它的振幅又发生如何变化呢？1.1.阻尼振动：阻尼振动：振动系统在阻尼（摩擦或其他阻力）作用下的振幅逐渐减小的振动。振动系统在阻尼（摩擦或其他阻力）作用下的振幅逐渐减小的振动。一、一、固有
4、振动固有振动生活中的实际的振动一定有空气阻力，生活中的实际的振动一定有空气阻力，故一定是故一定是阻尼振动阻尼振动机械能转化为旁边机械能转化为旁边介质的机械能介质的机械能2.2.阻尼振动的图像阻尼振动的图像3.3.振动系统受到的振动系统受到的阻尼越大阻尼越大，振幅，振幅减小得减小得越快越快，阻尼过大时，系统将，阻尼过大时，系统将不能发生振动。不能发生振动。振动中的能量会损失振动中的能量会损失二、阻尼振动二、阻尼振动思考：思考：阻尼振动中，由于存在阻力，振幅不断减小，故振动系统的机械能将不断减少，阻尼振动中，由于存在阻力，振幅不断减小，故振动系统的机械能将不断减少，那么，振动系统的那么，振动系统的
5、周期和频率周期和频率也会发生变化吗？也会发生变化吗？振动周期振动周期与振幅无关与振幅无关，故阻尼振动中，故阻尼振动中周期和频率不变周期和频率不变！TTT二、阻尼振动二、阻尼振动gl2T 单摆：单摆：振动中的能量会损失振动中的能量会损失简谐运动简谐运动阻尼振动阻尼振动产生条件产生条件理想模型，不受阻力理想模型，不受阻力 受到阻力作用受到阻力作用振幅振幅不变不变减小减小频率频率由系统本身决定由系统本身决定频率不变频率不变振动图像振动图像二、阻尼振动二、阻尼振动简谐运动与阻尼振动的比较简谐运动与阻尼振动的比较用用周期性周期性的外力作用于振动系统，的外力作用于振动系统，补偿系统机械能的损耗，使系统持续
6、补偿系统机械能的损耗，使系统持续地振动下去。地振动下去。想一想：想一想：用什么办法才能得到持续的振动呢？用什么办法才能得到持续的振动呢？二、阻尼振动二、阻尼振动1.1.驱动力：驱动力：周期性周期性作用于振动系统的外作用于振动系统的外力叫做力叫做驱动力。驱动力。2.2.受迫振动：受迫振动：系统在驱动力作用下的振动，系统在驱动力作用下的振动，叫做受迫振动。叫做受迫振动。3.3.受迫振动的特点：受迫振动的特点：受迫振动的频率总等于受迫振动的频率总等于驱动力驱动力的频率，的频率，与系统的固有频率无关。与系统的固有频率无关。三、受迫振动三、受迫振动结论：结论：驱动力的频率驱动力的频率等于振动物体等于振动
7、物体的的固有频率固有频率时，振幅最大；时，振幅最大；驱动力的频率跟固有频率驱动力的频率跟固有频率相相差越大，振幅越小。差越大，振幅越小。观察与思考：观察与思考：哪个摆球的哪个摆球的振幅振幅最大？最大？三、受迫振动三、受迫振动1.1.定义：定义：驱动力的频率驱动力的频率f 等于物体的固有频率等于物体的固有频率f0时，受迫振动的振幅最大，这种现时，受迫振动的振幅最大，这种现象叫做象叫做共振共振。横轴：表示驱动力的频率横轴：表示驱动力的频率纵轴：表示受迫振动的振幅纵轴：表示受迫振动的振幅2.2.共振曲线：共振曲线：3.3.受迫振动的规律受迫振动的规律f驱驱=f固固 时，振幅有最大值；时，振幅有最大值
8、；f驱驱 与与 f固固 差别越大时，振幅越小。差别越大时，振幅越小。四、共振现象四、共振现象四、共振现象四、共振现象利用共振：利用共振：应使驱动力的频率接近或应使驱动力的频率接近或等于等于振动物体的固有频率；振动物体的固有频率；防止共振：防止共振：应使驱动力的频率与物体的固有频率不同，而且应使驱动力的频率与物体的固有频率不同，而且相差越大越好相差越大越好。19401940年，全长年，全长860860米的塔柯姆米的塔柯姆大桥在建成后的大桥在建成后的4 4个月就因风共振个月就因风共振而倒塌。而倒塌。四、共振现象四、共振现象 1831 1831年，一队骑兵通过一座石年，一队骑兵通过一座石桥时，由于马
9、蹄节奏整齐，桥梁发生桥时，由于马蹄节奏整齐，桥梁发生共振而断裂。共振而断裂。军队过桥便步走军队过桥便步走，火车过桥慢行火车过桥慢行。四、共振现象四、共振现象四、共振现象四、共振现象微波炉加热原理：微波炉加热原理：食物中水分子的振动频率约为食物中水分子的振动频率约为2500MHz2500MHz。微波炉加热食品时，炉。微波炉加热食品时，炉内产生大致相同频率的电磁波，也称为内产生大致相同频率的电磁波，也称为“微波微波”。使食物中的。使食物中的水分子做受迫振动，水分子做受迫振动，发生共振发生共振，将电磁辐射能转化为内能，从而使食物的温度迅速升高。微波加热是对，将电磁辐射能转化为内能，从而使食物的温度迅速升高。微波加热是对物体内部的整体加热，极大地提高了加热效率。物体内部的整体加热，极大地提高了加热效率。四、共振现象四、共振现象四、共振现象四、共振现象四、共振现象四、共振现象
