《生活中的振动》示范课教学课件【物理鲁科版高中选择性必修第一册（新课标）】

5生活中的振动第二章机械振动新课引入我国汉代有一种被称为“鱼洗”的铜盆，盆的边缘有两个耳环，盆底有浮雕的鱼，如右图所示倒些清水到“鱼洗”中，用手掌慢慢地去摩擦盆边的提耳，霎时间，铜盆便可以发出嗡嗡之声，其中盛的水便会起雾、震荡、溅起层层浪花，随着摩擦越来越快，水花也越冲越高。这是为什么呢？实际振动系统都会受到摩擦力、黏制力等阻碍作用，振幅逐渐减小，我们称之为阻尼振动。一、阻尼振动1.自由振动若系统能量没有损失，其振幅不变，我们称之为自由振动。2.阻尼振动阻尼振动过程中周期和频率不变二、受迫振动与共振怎样才能使受阻力的振动的物体的振幅不变，而一直振动下去呢？比如我们在荡秋千的时候，如何能让秋千一直摆动呢？思考：用周期性的外力作用于振动系统，通过外力对系统做正功，补偿系统机械能的损耗，使系统持续地振动下去。这种周期性的外力叫作驱动力，系统在驱动力作用下的振动叫作受迫振动。二、受迫振动与共振固有振动弹簧振子和单摆在没有外力干预的情况下做简谐运动。弹簧振子单摆周期和频率与振幅无关，仅由系统自身的性质决定，我们把这种振动称为固有振动，其振动频率称为固有频率。

T=2π

f=二、受迫振动与共振受迫振动的频率与什么因素有关呢？大量的实验都证实：物体做受迫振动达到稳定后，物体振动的频率等于驱动力的频率，与物体的固有频率无关。思考：做一做：研究受迫振动的频率图2-27实验装置示意图二、受迫振动与共振在周期性驱动力作用下的受迫振动，其振幅是否也跟它的固有频率无关呢？思考：如图所示，在支架栓一条水平细绳，绳上间隔挂一些单摆，其中A和D的摆长相等（固有周期相同）。做一做：将摆A拉离平衡位置，由静止释放后，摆A的摆动通过张紧的细绳对其他摆实加了一周期性驱动力，其他摆在此驱动力作用下做受迫振动。实验装置示意图二、受迫振动与共振固有频率与A摆相同的D摆、振幅最大，固有频率与D摆相差较多的C摆振幅最小。实验结论：当驱动力的频率等于固有频率时，物体做受迫振动的振幅达到最大值，这种现象称为共振。共振：实验装置示意图二、受迫振动与共振f0AOf受迫振动振幅与驱动力频率的关系共振曲线：共振曲线直观地反映了物体做受迫振动的振幅与驱动力频率的关系。(1)当驱动力的频率f偏离固有频率f0较大时,受迫振动的振幅较小。(2)当驱动力的频率f等于固有频率f0时,受迫振动的振幅最大。三、共振的应用与防止共振的应用：1.共振破碎机：它的原理是通过调节振动锤头的振动频率，使其等于或接近于路面的固有频率，从而使锤头下的水泥路面因局部范围产生共振而被击碎。2.音叉共鸣箱：把某一频率的音叉插在一端开口的共鸣箱上，当敲击音叉使它振动时，箱内的空气柱也能产生共振，发出较响的声音路面共振破碎机破碎路面音叉共鸣箱三、共振的应用与防止共振的应用：3、利用共振粗略测量机器的振动频率如图2-33所示，把一些固有频率不同的钢片装在同一个支架上，可制成粗略测量机器振动频率的装置，该装置与工作者机器紧密接触，机器的振动会引起固有频率与机器的振动频率最接近的那个钢片产生较大的振幅粗略测量的振动频率三、共振的应用与防止共振的防止塔科马海峡大桥在没有超过设计风速的情况下因为共振而发生垮塌使人们在今后的桥梁建筑中关注共振的防止。有的情况下需要避免共振。例如，在桥梁、码头等各种建筑的设计施工中，以及飞机、汽车、轮船的发动机等机器设备的设计、制造、安装中，都必须考虑防止共振产生的危害，以保证建筑和设备的安全。四、阻尼振动、受迫振动与自由振动的比较典题剖析例1(多选)单摆做阻尼振动的振动图像如图所示,下列说法正确的是()A.摆球在A时刻的动能等于B时刻的动能B.摆球在A时刻的势能等于B时刻的势能C.摆球在A时刻的机械能等于B时刻的机械能D.摆球在A时刻的机械能大于B时刻的机械能解析：在单摆振动过程中，因不断克服空气阻力做功使机械能逐渐转化为内能。故选项C错误，选项D正确。虽然单摆总的机械能在逐渐减小，但在振动过程中动能和重力势能仍在不断地相互转化，由于A、B两时刻，单摆的位移相等，所以重力势能相等，但动能不相等，故选项A错误，选项B正确。BD典题剖析例2(多选)如图，A球振动后，通过水平细绳迫使B、C振动，下面说法中正确的是()A、只有A、C振动周期相等B、A、B、C的振幅一样大C、C的振幅比B的振幅大D、A、B、C的振动周期相等ABC2m4m2m解析：B和C做的是受迫振动，周期与A的周期相等，固D正确。其中C的摆长与A的摆长相等，即C的固有周期等于驱动力的周期，发生共振，固C的振幅大，C正确。CD典题剖析例3

把一个筛子用四根弹簧支起来，筛子上固定一个电动偏心轮，它每转一周，给筛子一个驱动力，这样就做成了一个共振筛，筛子做自由振动时，完成10次全振动用时15s，在某电压下，电动偏心轮转速是36r/min。已知增大电压可使偏心轮转速提高，增加筛子质量，可以增大筛子的固有周期，那么要使筛子的振幅增大，下列哪些做法是正确的()A.提高输入电压

B.降低输入电压C.增加筛子质量

D.减少筛子质量解析：筛子振动固有周期驱动力周期要使筛子振幅增大，就得使两个周期值靠近，方法一是使驱动力周期变小，提高电动偏心轮的频率，固需增大电压，A对；方法二是增加筛子的固有周期，固需增加筛子的质量，C对。AC课堂小结频率为固有频率。自由振动：振幅(能量)不变的振动。阻尼振动：振幅(能量)逐渐减小的振动。固有频率受迫振动受迫振动：物体在周期性驱动力作用下的振动。物体做受迫振动时，振动稳定后的频率等于驱动力的频率。固有振动：弹簧振子和单摆在没有外力干预的情况下做简谐运动课堂小结概念应用当驱动力