《外力作用下的振動》PPT課件.ppt

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1、11.5 外力作用下的振動,1.單擺的理想化模型： 在細線的一端拴上一個小球，另一端固定在懸點上，如果線的伸縮和質量可以忽略不計，球的直徑比線長短得多。 2.單擺運動的性質： 在擺角 < 5的條件下，單擺的振動可看作簡諧振動。 4.單擺振動的周期公式 單擺周期與擺長和重力加速度有關,與振幅和質量無關。,復習回顧,振動的能量與振幅有關，振幅越大，振動的能量越大,4. 簡諧運動中動能和勢能在發(fā)生相互轉化，但機械能的總量保持不變，即機械能守恒。,定義：振動系統(tǒng)不受外力的作用，此時的振動叫做固有振動，其振動頻率稱為固有頻率。 條件：在振動方向只受回復力作用 能量：機械能守恒 圖像：振幅不變,現

2、實生活中是否存在簡諧運動？,一、固有周期和固有頻率,演示的是實際振動情況：,當系統(tǒng)受到阻力的作用時，我們說振動受到了阻尼。,條件：受到阻力 能量：機械能轉化為內能 圖象：振幅逐漸減小,演示的實際振動情況： 二、阻尼振動 1.阻尼振動：振幅逐漸減小的振動 簡諧運動是一個等幅振動！ 2.阻尼振動的圖象,3.振動系統(tǒng)受到的阻尼越大，振幅減小得越快，阻尼過大時，系統(tǒng)將不能發(fā)生振動。 4.實際的自由振動一定是阻尼振動,問題1：振幅減小的快慢與什么有關？ 振幅減小的快慢跟所受的阻尼有關，阻尼越大，振幅減小得越快 問題2：物體在做阻尼振動時的周期或頻率如何變化？ 物體做阻尼振動時周期頻率不變。振動的固有周期

3、、頻率由自身的結構特點決定。 在實際問題中，阻尼振動若在一段不太長的時間內振幅沒有明顯的減小，可認為是等幅振動,思考： 用什么方法才能得到持續(xù)的振動呢？比如我們在蕩秋千的時候，如何能讓秋千一直擺動呢？,補償！ 驅動力！,三、受迫振動,1、驅動力： 作用在振動系統(tǒng)上的周期性外力 2、受迫振動： 系統(tǒng)在驅動力作用下的振動,請舉出你所知道的受迫振動的例子,條件：受到阻力和驅動力 能量：機械能轉化為內能，其他能轉化 為機械能,,受迫振動的頻率跟什么有關呢?,受迫振動實例：,跳板在人走過時發(fā)生的振動,機器底座在機器運轉時發(fā)生的振動,聽到聲音時耳膜的振動,電磁打點計時器的振針所做的振動,思考：,

4、3、受迫振動的特點： (1) 物體做受迫振動時，振動穩(wěn)定后的頻率總等于驅動力的頻率，與系統(tǒng)的固有頻率無關。,(2) 但物體做受迫振動的振幅是否與物體的固有頻率有聯系呢?,實驗研究,結論：受迫振動中，驅動力的頻率等于振動物體的固有頻率時，振幅最大；驅動力的頻率跟固有頻率相差越大，振幅越小。,橫軸：表示驅動力的頻率,縱軸：表示受迫振動的振幅,圖象的意義： f驅= f固時，振幅有最大值 f驅與 f固差別越大時，振幅越小,四、共 振,1、定義：驅動力的頻率等于系統(tǒng)的固有頻率時，受迫振動的振幅最大，這種現象叫做共振。 2、共振曲線 圖象特點 f驅= f固時，振幅有最大值 f驅與 f固差別越大時，

5、振幅越小,聲音的共振現象,音叉下面所裝的空箱,五、共振的應用和防止,測量發(fā)動機轉速的轉速計,共振篩,1.共振的應用,發(fā)動機的轉速計原理圖,微波爐加熱原理： 食物中水分子的振動頻率約為2500MHz ，具有大致相同頻率的電磁波稱為 “微波” 。微波爐加熱食品時，爐內產生很強的振蕩電磁場，使食物中的水分子作受迫振動，發(fā)生共振，將電磁輻射能轉化為內能，從而使食物的溫度迅速升高。微波加熱是對物體內部的整體加熱，極大地提高了加熱效率。,,生活中的共振現象,美國有一農場農婦，習慣于用吹笛的方式招呼丈夫回家吃飯，可當她有一次吹笛時，居然發(fā)現樹上的毛毛蟲紛紛墜地而死，驚訝之余，她到自己的果園吹了幾個小

6、時，一下子將果樹上的毛毛蟲收拾的一干二凈，究其原因，還是笛子發(fā)出的聲音引起毛毛蟲內臟發(fā)生劇烈共振而死亡。,,軍隊過橋便步走，火車過橋慢行,1831年，一隊騎兵通過曼徹斯特附近的一座便橋時，由于馬蹄節(jié)奏整齊，橋梁發(fā)生共振而斷裂。,生活中的共振現象,1940年，美國的全長860米的塔柯姆大橋在建成后的4個月就因風共振而倒塌,生活中的共振現象,1890年， 一艘名叫“馬爾波羅號”帆船在從新西蘭駛往英國的途中，突然神秘地失蹤了 20年后，人們在火地島海岸邊發(fā)現了它奇怪的是：船上的東西都原封未動完好如初船長航海日記的字跡仍然清稀可辨；就連那些死已多年的船員，也都“各在其位”，保持著當年在崗時的“姿勢”.

7、,1948年初，一艘荷蘭貨船在通過馬六甲海峽時，一場風暴過后，全船海員莫名其妙地死光. 在匈牙利鮑拉得利山洞入口， 3名旅游者齊刷刷地突然倒地，停止了呼吸......,次聲波,頻率小于20Hz（赫茲）的聲波叫做次聲波。次聲波不容易衰減，不易被水和空氣吸收。而次聲波的波長往往很長，因此能繞開某些大型障礙物發(fā)生衍射。某些次聲波能繞地球2至3周。某些頻率的次聲波由于和人體器官的振動頻率相近，容易和人體器官產生共振，對人體有很強的傷害性，危險時可致人死亡。,五、共振的應用和防止,2.共振的防止,使驅動力的頻率與物體的固有頻率不同，而且相差越大越好。 （1）軍隊、火車過橋時要放慢速度. （2）機器運轉

8、時為了防止共振要調節(jié)轉速或者在振動物體底座加防振墊. （3）輪船航行時要看波浪的撞擊方向而改變速度和方向 （4）裝修劇場、房屋時使用吸聲材料等。,結論： 利用共振時，應使驅動力的頻率接近或等于振動物體的固有頻率； 防止共振時，應使驅動力的頻率與物體的固有頻率不同，而且相差越大越好,小結:,1.受迫振動：物體在外界驅動力作用下的振動,2.物體做受迫振動時，振動穩(wěn)定后的頻率等于 驅動力的頻率，跟物體的固有頻率無關,3.驅動力的頻率接近物體的固有頻率時，受迫 振動的振幅增大，這種現象叫做共振。,4.利用共振時，應使驅動力的頻率接近或等于 振動物體的固有頻率； 防止共振時，應使驅動力的頻率

9、與物體的固 有頻率不同，而且相差越大越好,5.簡諧運動、阻尼振動與受迫振動的區(qū)別,5.簡諧運動、阻尼振動與受迫振動的區(qū)別 簡諧運動是一種理想化的模型，物體運動過程中的一切阻力都不考慮；阻尼振動卻考慮阻力的影響，是更實際的一種運動；而受迫振動則是物體做阻尼振動時受到周期性驅動力作用下的振動三者對比列表如下：,特別提醒： (1)阻尼振動中振幅雖逐漸減小，但振動的頻率不會變化，此頻率稱為固有頻率，由振動系統(tǒng)決定 (2)受迫振動中，若驅動力給系統(tǒng)補充的能量與系統(tǒng)因振動阻尼消耗的能量相等，物體做等幅振動，但此振動不是簡諧運動,1. 如圖所示，是用來測量各種發(fā)動機轉速的轉速計原理圖。在同一鐵支架NM

10、上焊有固有頻率依次為80Hz、60Hz、40Hz、20Hz的四個鋼片a、b、c、d。將M端與正在轉動的電動機接觸，發(fā)現b鋼片振幅最大，則a、b、c、d此時振動頻率為_________ ， 電動機轉速為_______r/min 。,3600,60Hz,課 堂 練 習,2.如圖所示演示裝置，一根張緊的水平繩上掛著四個單擺，讓b擺擺動，其余各擺也擺動起來，可以發(fā)現（ ） A. a 擺擺動周期最短 B. c 擺擺動周期最長 C.各擺擺動的周期均與b擺相同 D. d 擺振幅最大,CD,課 堂 練 習,3.兩個彈簧振子，甲的固有頻率為f，乙的固有頻率為4f，當它們均在頻率為2f的驅動力作用下做受迫振動

11、時，則 （ ） A、甲的振幅較大，振動頻率為f B、乙的振幅較大，振動頻率為4f C、甲的振幅較大，振動頻率為2f D、乙的振幅較大，振動頻率為2f,C,4.下列哪些實例中要應用共振?哪些實例中要防止共振? A.跳水運動員從跳板后端走向前端的過程中 B.跳水運動員做起跳動作的“顛板”過程 C.輪船在風浪中行駛時 D.制作小提琴的音箱時,應用共振的有：BD；防止共振的有：AC,5.如圖所示為單擺做受迫振動時的共振曲線，從圖可知該單擺振動的固有頻率為 Hz，在驅動力的頻率由0.4Hz增大到0.6Hz的過程中，單擺振動的振幅變化情況是___________ ,其擺長是_______. (g=10m/s2),先增大后減小,0.5,0.5,1m,6、汽車的車身是裝在彈簧上的，如果這個系統(tǒng)的固有周期是1.5s，汽車在一條起伏不平的路上行駛，路上各凸起處大約都相隔8m，汽車以多大速度行駛時，車身上下顛簸得最劇烈？,,作業(yè),1.課本第21頁問題與練習1、2、3 、 4 2.學法大視野第16、17頁,