教科版选修34 第一章第4节阻尼振动 受迫振动 课件（32张）.ppt

1 4阻尼振动受迫振动 一 阻尼振动 活动 如图1 4 1所示 在鼓皮上放几颗米粒 猛敲一下鼓 观察米粒在鼓皮上的运动 猛敲一下鼓皮 开始时鼓声很大 随后迅速变弱 在鼓皮上放一些米粒 开始时它跳动的幅度很大 随着鼓声变弱 米粒跳动的幅度变小 由此可知 鼓皮振动的振幅变小了 这是振动的鼓皮受到阻力的缘故 弹簧振子和单摆在振动过程中振幅总会不断减小 这是因为它们不可避免地要受到摩擦力等阻力的作用 系统不受外力作用 也不受任何阻力 只在自身回复力作用下的振动 称为自由振动 又叫做无阻尼振动 自由振动的频率 叫做系统的固有频率 固有频率由系统本身的特征决定 系统在振动过程中受到阻力的作用 振动逐渐消逝 振动能量逐渐转变为其他能量 这种振动叫做阻尼振动 图1 4 2 a b 分别是自由振动和阻尼振动的振动图像 图1 4 2 越来越小 不变 思考讨论 用什么方法才能得到持续的振动呢 二 受迫振动 1 驱动力 如果用周期性的外力作用于振动系统 补偿系统的能量损耗 使系统持续等幅地振动下去 这种周期性的外力叫做驱动力 2 受迫振动 系统在驱动力作用下的振动叫做受迫振动 请举出你所知道的受迫振动的例子 请思考受迫振动的频率跟什么有关呢 受迫振动实例 1 收音机喇叭纸盘的振动2 钟表的摆动3 洗衣机工作时即可的振动4 跳板在人走过时发生的振动5 机器底座在机器运转时发生的振动6 听到声音时耳膜的振动7 电磁打点计时器的振针所做的振动 实验表明 物体做受迫振动时 振动稳定后的频率总等于驱动力的频率 跟物体的固有频率没有关系 受迫振动物体 三 共振 如图1 4 4所示 在一根张紧的绳子上挂几个摆 其中a b c的摆长相等 以a摆为驱动摆 让a摆振动 观察其余各摆做受迫振动的振幅 思考以下问题 你认为驱动力频率与固有频率满足什么关系 才能使受迫振动的振幅最大 观察与思考 实验表明 1 当驱动力的频率f等于振动物体的固有频率f固时 振幅最大 驱动力的频率f跟固有频率f固相差越大 受迫振动的振幅越小 2 驱动力的频率f等于振动物体的固有频率f固时 受迫振动的振幅最大 这种现象叫做共振 共振曲线 横轴 驱动力的频率f纵轴 振动系统的振幅a 美国有一农场农妇 习惯于用吹笛的方式招呼丈夫回家吃饭 可当她有一次吹笛时 居然发现树上的毛毛虫纷纷坠地而死 惊讶之余 她到自己的果园吹了几个小时 一下子将果树上的毛毛虫收拾的一干二净 究其原因 还是笛子发出的声音引起毛毛虫内脏发生剧烈共振而死亡 生活中的共振现象 四 共振的应用和防止 军队过桥便步走 火车过桥慢行 1831年 一队骑兵通过曼彻斯特附近的一座便桥时 由于马蹄节奏整齐 桥梁发生共振而断裂 1940年 美国的全长860米的塔柯姆大桥在建成后的4个月就因风共振而倒塌 美国tacoma大桥倒塌前 tacoma大桥倒塌时 共振筛 龙洗盆 龙洗盆 古代用以盛水盥洗的器皿 传说是明朝开国皇帝朱元璋为不爱洗脸的独生子 召集全国的能工巧匠打制龙洗盆而成 为皇子的专用洗盆 后成为皇亲国戚 才子佳人赏玩之物 中央电视台 中国一绝 栏目曾介绍过 宫中奇宝 后来流落民间 若以手摩擦两耳得法 产生共振 即可泛起水花 景象十分别致 后成为一种民间娱乐用品 经现代振动与波的理论分析和实验研究 这是薄圆柱体自激振荡时的不同振型所致 声音的共振现象 音叉下面所装的空箱 唐朝时候洛阳某寺一僧人房中挂着的一件乐器 经常莫名其妙地自动鸣响 僧人因此惊恐成疾 四处求治无效 他有一个朋友是朝中管音乐的官员 闻讯特去看望他 这时正好听见寺里敲钟声 那件乐器又随之作响 于是朋友说 你的病我可以治好 因为我找到你的病根了 只见朋友找到一把铁锉 在乐器上锉磨几下 乐器便再也不会自动作响了 微波炉加热原理 食物中水分子的振动频率约为2500mhz 具有大致相同频率的电磁波称为 微波 微波炉加热食品时 炉内产生很强的振荡电磁场 使食物中的水分子作受迫振动 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 微波加热是对物体内部的整体加热 极大地提高了加热效率 洗衣机把衣服脱水完毕切断电源后 电动机由于惯性还要转一会儿才能停下来 在这个过程中 洗衣机的振动剧烈程度有变化 其中有一阵子最剧烈 1 防止 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 2 应用 使驱动力的频率接近或等于振动物体的固有频率 为什么 登山运动员登山时严禁大声喊叫 因为喊叫声中某一频率若正好与山上积雪的固有频率相吻合 就会因共振而引起雪崩 其后果十分严重 共振的应用和防止 1 军队 火车过桥时要放慢速度 2 机器运转时为了防止共振要调节转速 3 在振动物体底座加防振垫 4 装修剧场 房屋时使用吸声材料等等 共振的防止 课堂小结 1 受迫振动 物体在外界驱动力作用下的振动 2 物体做受迫振动时 振动稳定后的频率等于驱动力的频率 跟物体的固有频率无关 3 驱动力的频率接近物体的固有频率时 受迫振动的振幅增大 这种现象叫做共振 4 利用共振时 应使驱动力的频率接近或等于振动物体的固有频率 防止共振时 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 1 如下图所示 五个摆球悬挂于同一根绷紧的水平绳上 a是摆球质量较大的摆 让它振动后带动其它摆振动 下列结论正确的是 a 其它摆的振动周期与a摆相同b 其它各摆的振幅都相同c 其它各摆的振幅不同 e摆的振幅最大d 其它各摆的振动周期不同 d摆的周期最大 ac 拓展训练 2 支持列车车厢的弹簧固有频率为2hz 若列车行驶在每根长为12 5m的铁轨连成的铁道上 则当列车运行速度多大时 车厢振动的剧烈程度最大 g 10m s2 25m s 3 关于受迫振动 以下说法中正确的是 a 是在一恒力作用下的振动b 振动频率可能大于或小于系统的固有频率c 振动频率一定等于固有频率d 振动频率一定等于驱动力的频率 4 关于共振的防止和利用 应做到 a 利用共振时 应使驱动力的频率接近或等于振动物体的固有频率b 利用共振时 应使驱动力的频率大于或小于振动物体的固有频率c 防止共振危害时 应尽量使驱动力的频率接近或等于振动物体的固有频率d 防止共振危害时 应使驱动力的频率远离振动物体的固有频率 ad bd 5 如图所示 在曲轴a上悬挂一个弹簧振子 如果不转动把手b而用手拉振子 放手后让其上下振动 其作30次全振动所用的时间是15s 如果匀速转动把手 弹簧振子也可上下振动 若把手以30r min的转速匀速转动 当弹簧振子的振动稳