共振现象及其应用 (2)精.ppt

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1、共振现象及其应用第1页，本讲稿共46页目目 录录五五 共振的防止共振的防止四四 共振的利用共振的利用三三 共振的危害共振的危害二二 共振的条件共振的条件一一 共振的现象共振的现象第2页，本讲稿共46页唐朝时，洛阳有个和尚喜欢弹拨唐朝时，洛阳有个和尚喜欢弹拨乐器，他的房间里放着一种乐器乐器，他的房间里放着一种乐器磬磬.奇怪的是，静静的磬经常自鸣自响，奇怪的是，静静的磬经常自鸣自响，无缘无故地发出嗡嗡的声音无缘无故地发出嗡嗡的声音.和尚的心病和尚的心病一一 共振的现象共振的现象第3页，本讲稿共46页 磬无故而鸣，使和尚大为惊奇，磬无故而鸣，使和尚大为惊奇，渐渐由惊而疑，由疑而怯，一听到渐渐由惊而疑

2、，由疑而怯，一听到磬发出声音，就坐卧不安，心惊肉磬发出声音，就坐卧不安，心惊肉跳，以为是妖孽作怪，结果忧虑成跳，以为是妖孽作怪，结果忧虑成疾，病倒在床疾，病倒在床.一一 共振的现象共振的现象第4页，本讲稿共46页 一天，和尚向前来探望他的朋友一天，和尚向前来探望他的朋友诉说了内心的忧虑诉说了内心的忧虑.正在说话时，寺正在说话时，寺院里的钟声响了，说来奇怪，磬也发院里的钟声响了，说来奇怪，磬也发出了嗡嗡的响声出了嗡嗡的响声.一一 共振的现象共振的现象第5页，本讲稿共46页 和尚的朋友明白了原由，悄悄和尚的朋友明白了原由，悄悄用钢锉在磬上锉了几处用钢锉在磬上锉了几处.从此之后，从此之后，磬再也不会

3、无故发声了磬再也不会无故发声了.和尚以为和尚以为妖怪已被赶走，心事顿消，病也不妖怪已被赶走，心事顿消，病也不治而愈治而愈.一一 共振的现象共振的现象第6页，本讲稿共46页 磬为什么会不敲自鸣呢？这是磬为什么会不敲自鸣呢？这是共振共振引起的一种现象引起的一种现象.当一物体的振动频率当一物体的振动频率与另一物体的固有频率一致时，前者的与另一物体的固有频率一致时，前者的振动能引发后者的振动振动能引发后者的振动.磬的频率偶然磬的频率偶然地和钟的频率一样，因此每当钟响时地和钟的频率一样，因此每当钟响时,磬也因共振而发出嗡嗡之声磬也因共振而发出嗡嗡之声.一一 共振的现象共振的现象第7页，本讲稿共46页 显

4、然，和尚的朋友深通物理知识，显然，和尚的朋友深通物理知识，他不仅知道这是一种共振现象，而且知他不仅知道这是一种共振现象，而且知道如何消除这种现象道如何消除这种现象.他巧妙地在磬上锉他巧妙地在磬上锉了几下，这就改变了磬的固有频率，使了几下，这就改变了磬的固有频率，使磬与钟的频率不再一样，也就引磬与钟的频率不再一样，也就引不起共鸣了不起共鸣了.一一 共振的现象共振的现象第8页，本讲稿共46页 秋千是个摆，有它的固有频率秋千是个摆，有它的固有频率.轻推轻推一下使秋千微微摆动起来以后，只要按它一下使秋千微微摆动起来以后，只要按它的固有频率周期性地施加推力，每当它往的固有频率周期性地施加推力，每当它往前

5、摆时轻轻推它一下，尽管每次的推力都前摆时轻轻推它一下，尽管每次的推力都很小，经过一段时间，秋千也会荡得很高，很小，经过一段时间，秋千也会荡得很高，即发生了共振即发生了共振.荡秋千荡秋千一一 共振的现象共振的现象第9页，本讲稿共46页 木马的摆动也是如木马的摆动也是如此此.每当它往下摆时轻每当它往下摆时轻轻压它一下，尽管每次轻压它一下，尽管每次的压力都很小，经过一的压力都很小，经过一段时间，木马也会摆得段时间，木马也会摆得很高很高.骑木马骑木马一一 共振的现象共振的现象第10页，本讲稿共46页 系统在周期性外力系统在周期性外力(强迫力强迫力)作用作用下发生受迫振动下发生受迫振动.在受迫振动时，如

6、果在受迫振动时，如果外力的频率跟系统的固有振动频率接外力的频率跟系统的固有振动频率接近或相等近或相等时，受迫振动达极大值，这时，受迫振动达极大值，这种现象叫做共振种现象叫做共振.二二 共振的条件共振的条件 条件条件第11页，本讲稿共46页A 振幅共振振幅共振无阻尼无阻尼小阻尼小阻尼大阻尼大阻尼A 0 受迫振动位移受迫振动位移振幅达极大值振幅达极大值.条件条件：分类分类二二 共振的条件共振的条件O第12页，本讲稿共46页受迫振动速度受迫振动速度振幅达极大值振幅达极大值.无阻尼无阻尼小阻尼小阻尼大阻尼大阻尼v 0 B 速度共振速度共振条件：条件：二二 共振的条件共振的条件O第13页，本讲稿共46页

7、 周期性的驱动力跟振动周期性的驱动力跟振动“合拍合拍”时，时，每次驱动力都跟物体的速度方向一致，每次驱动力都跟物体的速度方向一致，驱动力做的都是正功，故振幅越来越大，驱动力做的都是正功，故振幅越来越大，能量也越来越大能量也越来越大.当驱动力不与振动当驱动力不与振动“合合拍拍”时，它做的一部分是负功，振动系时，它做的一部分是负功，振动系统所得能量要少，引不起共振统所得能量要少，引不起共振.原因原因二二 共振的条件共振的条件第14页，本讲稿共46页三三 共振的危害共振的危害桥梁桥梁倒塌倒塌雪雪 崩崩机器损机器损坏坏翻翻 船船共振危害共振危害案例案例 第15页，本讲稿共46页 200 200年前，拿

8、破仑率领法军入侵西年前，拿破仑率领法军入侵西班牙班牙.有一天，法国一队威武的士兵迈有一天，法国一队威武的士兵迈着整齐的步伐通过一座铁链悬桥着整齐的步伐通过一座铁链悬桥.没想没想到，行到桥中间时，突然惊天动地一声到，行到桥中间时，突然惊天动地一声巨响，铁桥从中断裂，掉落河中，士兵巨响，铁桥从中断裂，掉落河中，士兵们也纷纷坠入急流们也纷纷坠入急流.桥梁倒塌桥梁倒塌三三 共振的危害共振的危害第16页，本讲稿共46页 1906 1906年的一天，一队俄国骑兵齐步年的一天，一队俄国骑兵齐步通过彼得堡封塔克河上的爱纪毕特桥，通过彼得堡封塔克河上的爱纪毕特桥，突然大桥断裂突然大桥断裂.原来是士兵们整步走的频

9、原来是士兵们整步走的频率与桥的频率一致，引起了桥的共振率与桥的频率一致，引起了桥的共振.三三 共振的危害共振的危害第17页，本讲稿共46页 自从揭示了毁桥的原因后，各国自从揭示了毁桥的原因后，各国军队规定，过桥时不用整齐的步伐走，军队规定，过桥时不用整齐的步伐走，而用不整齐的碎步走，以避免共振的而用不整齐的碎步走，以避免共振的发生发生.三三 共振的危害共振的危害第18页，本讲稿共46页美国美国Tacoma大大桥倒塌前桥倒塌前三三 共振的危害共振的危害第19页，本讲稿共46页Tacoma大大桥倒塌时桥倒塌时三三 共振的危害共振的危害第20页，本讲稿共46页Tacoma大大桥倒塌后桥倒塌后三三 共

10、振的危害共振的危害第21页，本讲稿共46页Tacoma大大桥倒塌后桥倒塌后三三 共振的危害共振的危害第22页，本讲稿共46页 在冰山雪峰间，动物在冰山雪峰间，动物的吼叫声引起空气的振动的吼叫声引起空气的振动,当频率等于雪层中某一部当频率等于雪层中某一部分的固有振动频率时分的固有振动频率时,会发会发生共振生共振,形成雪崩形成雪崩,因此因此,登登山队员严禁高声说话山队员严禁高声说话.雪雪 崩崩三三 共振的危害共振的危害第23页，本讲稿共46页翻翻 船船 轮船在航轮船在航行时，会受到行时，会受到周期性的波浪周期性的波浪冲击而左右摇冲击而左右摇摆摆.三三 共振的危害共振的危害第24页，本讲稿共46页

11、如果波浪冲如果波浪冲击力的频率与轮击力的频率与轮船的固有频率相船的固有频率相同，就会发生共同，就会发生共振，摆幅增大，振，摆幅增大，甚至可以使船倾甚至可以使船倾覆覆.三三 共振的危害共振的危害第25页，本讲稿共46页 这时可以这时可以改变船的航向改变船的航向和速度，使波和速度，使波浪冲击的频率浪冲击的频率远离船的固有远离船的固有频率频率.三三 共振的危害共振的危害第26页，本讲稿共46页 机器在工作时由于零部件的运动机器在工作时由于零部件的运动(如活塞轴的转动如活塞轴的转动),),也会产生周期性也会产生周期性的策动力，使机器的策动力，使机器因共振而受到损坏因共振而受到损坏.机器损坏机器损坏三三

12、 共振的危害共振的危害第27页，本讲稿共46页 为了避免共振，设计时要注意机为了避免共振，设计时要注意机器的转速，使机器的器的转速，使机器的固有频率不与策动固有频率不与策动力的频率接近力的频率接近.三三 共振的危害共振的危害第28页，本讲稿共46页 在厂房、桥梁在厂房、桥梁等建筑物的设计时，等建筑物的设计时，也要考虑到共振的也要考虑到共振的因素而尽量设法避因素而尽量设法避免共振免共振.三三 共振的危害共振的危害第29页，本讲稿共46页 共振现象具有两重性共振现象具有两重性.我们既要防我们既要防止共振给工农业生产和人民生活带来止共振给工农业生产和人民生活带来危害又要利用共振现象为人类造福危害又要

13、利用共振现象为人类造福.四四 共振的利用共振的利用第30页，本讲稿共46页乐器的乐器的共共鸣箱鸣箱电磁电磁共振共振共振法共振法打桩打桩共振利用共振利用案例案例 共振武器共振武器四四 共振的利用共振的利用第31页，本讲稿共46页 钢琴钢琴 提琴提琴 二胡等二胡等乐器的木制琴身乐器的木制琴身,就是就是利用了共振现象使其成利用了共振现象使其成为一共鸣箱为一共鸣箱(盒盒),),将优将优美悦耳的音乐发送出去美悦耳的音乐发送出去,以提高音响效果以提高音响效果.乐器的共鸣箱乐器的共鸣箱四四 共振的利用共振的利用 第32页，本讲稿共46页 电磁共振在生活与生产中都有很电磁共振在生活与生产中都有很多的应用，特别

14、是在无线电技术中多的应用，特别是在无线电技术中.收音机的调谐装置就是利用了电收音机的调谐装置就是利用了电磁共振现象，以接受某一磁共振现象，以接受某一频率的电台广播频率的电台广播.电磁共振电磁共振四四 共振的利用共振的利用第33页，本讲稿共46页LC调谐电路调谐电路谐振频率谐振频率四四 共振的利用共振的利用第34页，本讲稿共46页 在修建桥梁时需要把管柱插入江底作在修建桥梁时需要把管柱插入江底作为基础为基础,如果使打桩机打击管柱的频率跟如果使打桩机打击管柱的频率跟管柱的固有频率一致管柱的固有频率一致,管柱就会发生共振管柱就会发生共振而激烈振动而激烈振动,使周围的泥沙松动使周围的泥沙松动,管柱就较

15、管柱就较容易克服泥沙的阻力容易克服泥沙的阻力,下插到江底下插到江底.共振法打桩共振法打桩四四 共振的利用共振的利用第35页，本讲稿共46页 国外正在研制一种武器国外正在研制一种武器,它不用它不用子弹、炮弹子弹、炮弹,也不用激光也不用激光,而是以声而是以声波作波作“子弹子弹”来杀伤敌人来杀伤敌人,这就是次这就是次声武器声武器.共振武器共振武器四四 共振的利用共振的利用第36页，本讲稿共46页 当次声武器发出的次声波频率同当次声武器发出的次声波频率同人体肌肉、内脏器官的固有振荡频率人体肌肉、内脏器官的固有振荡频率吻合时吻合时,能引起肌肉及内脏器官的共能引起肌肉及内脏器官的共振振,使人的五脏六腑破裂

16、使人的五脏六腑破裂,导致死亡导致死亡.四四 共振的利用共振的利用第37页，本讲稿共46页 破坏外力的周期性破坏外力的周期性 改变物体的固有频率改变物体的固有频率 改变外力的频率改变外力的频率 增大系统的阻尼增大系统的阻尼基本方法基本方法:五五 共振的防止共振的防止第38页，本讲稿共46页 在需要利用共振的时候，在需要利用共振的时候，应该使驱动力的频率接近或应该使驱动力的频率接近或等于振动物体的固有频率等于振动物体的固有频率.在需要防止共振危害的时候，在需要防止共振危害的时候，要想办法使驱动力的频率和要想办法使驱动力的频率和固有频率不相等，而且相差固有频率不相等，而且相差的越多越好的越多越好.五

17、五 共振的防止共振的防止第39页，本讲稿共46页 例如，播音室对隔音要求很高，例如，播音室对隔音要求很高，常用加厚地板、墙壁的办法，使它的常用加厚地板、墙壁的办法，使它的固有频率和声音的频率相差很多，从固有频率和声音的频率相差很多，从而使声音的振动不会引起墙壁和地板而使声音的振动不会引起墙壁和地板的共振的共振.五五 共振的防止共振的防止第40页，本讲稿共46页 又如，电动机要安装在水泥浇注又如，电动机要安装在水泥浇注的地基上，与大地牢牢相连，或要安的地基上，与大地牢牢相连，或要安装在很重的底盘上，为的是改变基础装在很重的底盘上，为的是改变基础部分的固有频率，以增大与电机的振部分的固有频率，以增

18、大与电机的振动频率动频率(策动力频率策动力频率)之差来防止基础之差来防止基础的振动的振动.五五 共振的防止共振的防止第41页，本讲稿共46页 还可以从控制策动力的频率大小来还可以从控制策动力的频率大小来防止共振防止共振.如造电动机、风扇时，都尽量如造电动机、风扇时，都尽量使之质量分布均匀，尽量使使之质量分布均匀，尽量使其重心落在轴心上，以减小其重心落在轴心上，以减小共振带来的危害共振带来的危害.五五 共振的防止共振的防止第42页，本讲稿共46页汽车的减振系统示意图汽车的减振系统示意图五五 共振的防止共振的防止车车 身身轮轴轮轴轮轴轮轴座位座位轮胎轮胎底座弹簧底座弹簧座椅弹簧座椅弹簧路面路面第43页，本讲稿共46页活塞活塞气垫台的减振原理图气垫台的减振原理图气体地面地面平平 台台五五 共振的防止共振的防止第44页，本讲稿共46页弹簧减振器弹簧减振器 五五 共振的防止共振的防止第45页，本讲稿共46页1 程守洙程守洙,江之永江之永.普通物理学普通物理学.第五第五版版.北京：高等教育出版社北京：高等教育出版社,19982 马文蔚马文蔚.物理学物理学.第四版第四版.北京：高北京：高等教育出版社等教育出版社,1998主要参考文献主要参考文献第46页，本讲稿共46页