粤教版选修34阻尼振动、受迫振动 课件（31张）.ppt

第一章 4阻尼振动受迫振动 学习目标1 知道什么是阻尼振动和无阻尼振动 并能从能量的观点给予说明 2 知道受迫振动的频率等于驱动力的频率 而跟振动物体的固有频率无关 3 理解共振的概念 知道常见的共振的应用和危害 内容索引 知识探究 题型探究 达标检测 知识探究 一 阻尼振动 在研究弹簧振子和单摆振动时 我们强调忽略阻力的影响 它们做的振动都属于简谐运动 而实际上 在实验室中让一个弹簧振子振动起来 经过一段时间它将停止振动 你知道是什么原因造成的吗 答案 答案阻力阻碍了振子的运动 使机械能转化为内能 1 自由振动 1 定义 系统不受外力作用 也不受任何 只在自身回复力作用下的振动 2 固有频率 的频率 由系统本身的特征决定 2 阻尼振动 1 定义 系统在振动过程中受到的作用 振动逐渐消逝 逐步转变为其他能量 这种振动叫做振动 阻力 自由振动 阻力 振动能量 阻尼 2 能量变化 如图1所示 振动系统受到摩擦阻力或其他阻力作用 机械能随时间 同时振幅也在逐渐阻尼越小 能量减少越慢 振幅减小越 阻尼过大时 系统将不能发生振动 3 物体做阻尼振动时 振幅虽不断减小 但振动的仍由自身结构特点所决定 并不会随振幅的减小而变化 图1 减少 减少 频率 慢 判断下列说法的正误 1 阻尼振动是减幅振动 2 实际的振动系统不可避免地要受到阻尼作用 3 阻尼振动的振幅逐渐减小 所以周期也逐渐减小 4 阻尼过大时 系统将不能发生振动 5 阻尼振动的机械能逐渐转化为其他形式的能 二 受迫振动 如图2所示的实验装置为一挂在曲轴上的弹簧振子 匀速摇动手柄 下面的弹簧振子就会振动起来 实际动手做一下 然后回答以下几个问题 1 如果手柄不动而用手拉动一下振子 从振幅角度看弹簧振子的振动属于什么振动 答案 答案阻尼振动 图2 2 从没有系统外力作用角度看弹簧振子的振动属于什么振动 3 手柄匀速摇动的时 观察到振幅有什么变化 为什么 4 用不同的转速匀速转动把手 弹簧振子的振动有何不同 这能说明什么问题 答案 答案转速大时弹簧振子振动的快 说明振动的周期和频率由手柄转速决定 答案固有振动 答案振幅不变 提供系统外力 补偿系统损失的能量 1 驱动力加在振动系统上的的外力 2 受迫振动 1 定义 系统在作用下的振动 2 受迫振动的周期和频率 做受迫振动的物体振动稳定后 其振动周期等于的周期 振动频率等于的频率 跟系统的固有频率 填 有关 或 无关 周期性 驱动力 无关 驱动力 驱动力 判断下列说法的正误 1 有阻力的振动叫做受迫振动 2 用重锤敲击一下悬吊着的钟后 钟的摆动是受迫振动 3 打点计时器接通电源后 振针的振动是受迫振动 4 物体在周期性外力作用下振动 它的振动频率总等于物体的固有频率 三 共振及其应用和防止 如图3所示 在一根张紧的绳子上挂几个单摆 其中a b的摆长相等 当a摆振动的时候 通过张紧的绳子给其他各摆施加驱动力 使其余各摆做受迫振动 1 该实验中驱动力的频率等于什么 答案 答案驱动力的频率等于a摆的频率 图3 2 b c d摆振动的频率是否相等 3 三者的振幅哪个较大 答案 答案频率相等 都等于a摆的频率 答案b摆的振幅较大 1 共振 1 定义 驱动力的频率振动物体的固有频率时 受迫振动的振幅最大 这种现象叫做共振 2 发生共振的条件f驱 f固 即驱动力的频率振动系统的固有频率 3 共振曲线 如图4所示 图4 等于 等于 2 共振的防止与利用 1 利用 由共振的条件知 要利用共振 就应尽量使驱动力的频率与物体的固有频率 填 相等 或 不相等 如共振筛 共振转速计等 2 防止 由共振曲线可知 在需要防止共振危害时 要尽量使驱动力的频率和固有频率 填 相等 或 不相等 而且相差越多越好 如 部队过桥应便步走 说明 共振是物体做受迫振动时的一种特殊现象 相等 不相等 判断下列说法的正误 1 当驱动力的频率f大于振动系统的固有频率f0时 该振动系统的振幅随f的减小而增大 2 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 3 某物体发生共振时的频率等于其自由振动的频率 题型探究 一 简谐运动 阻尼振动和受迫振动 解析 答案 例1 多选 一单摆做阻尼振动 则在振动过程中a 振幅越来越小 周期也越来越小b 振幅越来越小 周期不变c 在振动过程中 通过某一位置时 机械能始终不变d 在振动过程中 机械能不守恒 周期不变 解析因单摆做阻尼振动 所以振幅越来越小 机械能越来越小 振动周期不变 解析 答案 例2如图5所示的装置 弹簧振子的固有频率是4hz 现匀速转动把手 给弹簧振子以周期性的驱动力 测得弹簧振子振动达到稳定时的频率为1hz 则把手转动的频率为 解析受迫振动的频率等于驱动力的频率 把手转动的频率为1hz 选项a正确 a 1hzb 3hzc 4hzd 5hz 图5 二 共振及其应用和防止 解析 答案 例3两个弹簧振子 甲的固有频率是300hz 乙的固有频率是400hz 若它们均在频率是300hz的驱动力作用下做受迫振动 则振动稳定后a 乙的振幅较小 振动频率是400hzb 乙的振幅较大 振动频率是300hzc 甲的振幅较大 振动频率是300hzd 乙的振幅较大 振动频率是400hz 解析受迫振动的频率与驱动力的频率一致 所以振动频率为300hz 由于甲的固有频率等于驱动力的频率 发生共振 所以甲的振幅较大 解析 答案 a 降低输入电压b 提高输入电压c 增加筛子质量d 减小筛子质量 例4 多选 把一个筛子用四根弹簧支起来 筛子上装一个电动偏心轮 它每转一周 给筛子一个驱动力 这就做成了一个共振筛 如图6所示 不开电动机让这个筛子自由振动时 完成20次全振动用15s 在某电压下 电动偏心轮的转速是88r min 已知增大电动偏心轮的电压可以使其转速提高 而增加筛子的总质量可以增大筛子的固有周期 为使共振筛的振幅增大 以下做法可行的是 图6 达标检测 a 摆球在p与n时刻的势能相等b 摆球在p与n时刻的动能相等c 摆球在p与n时刻的机械能相等d 摆球在p时刻的机械能小于n时刻的机械能 图7 1 如图7所示是单摆做阻尼运动的位移 时间图线 下列说法中正确的是 解析由于摆球的势能大小由其位移和摆球质量共同决定 p n两时刻位移大小相同 关于平衡位置对称 所以势能相等 a正确 1 2 3 4 解析 答案 由于系统机械能在减少 p n势能相同 则p处动能大于n处动能 所以b c d错 故正确答案为a 2 如图8所示 曲轴上悬挂一弹簧振子 转动摇把 曲轴可以带动弹簧振子上下振动 开始时不转动摇把 让振子上下自由振动 测得振动频率为2hz 然后匀速转动摇把 转速为240r min 当振子振动稳定后 它的振动周期为 s 答案 1 2 3 4 解析 图8 0 25 解析受迫振动的周期等于驱动力的周期 故t s 0 25s 3 多选 如图9所示 在一根张紧的水平绳上悬挂五个摆 其中a e的摆长为l b的摆长为0 5l c的摆长为1 5l d的摆长为2l 先使a振动起来 其他各摆随后也振动起来 则摆球振动稳定后 a d的振幅一定最大b e的振幅一定最大c b的周期一定最短d 四个摆的周期相同 解析a振动起来后 使得b c d e做受迫振动 振动的频率都等于a振动的频率 即各摆振动的周期都相等 选项c错误 d正确 图9 1 2 3 4 答案 解析 由于d与a的摆长相差最大 e与a的摆长相等 所以d的振幅最小 e发生共振 振幅最大 选项a错误 b正确 4 一个单摆做受