人教版物理選修3-4同步配套第十一章機(jī)械振動(dòng)ppt課件

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5.外力作用下的振動(dòng),1.知道什么是阻尼振動(dòng)和阻尼振動(dòng)中能量轉(zhuǎn)化的情況。 2.知道做受迫振動(dòng)物體的振動(dòng)頻率跟固有頻率無(wú)關(guān),而等于驅(qū)動(dòng)力的頻率。 3.知道共振以及發(fā)生共振的條件,知道共振的應(yīng)用和防止的實(shí)例。,1,2,3,4,5,1.固有振動(dòng) 做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物體受到的回復(fù)力,是振動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)部的相互作用力。如果振動(dòng)系統(tǒng)不受外力的作用,此時(shí)的振動(dòng)叫作固有振動(dòng),其振動(dòng)頻率稱為固有頻率。,,,,1,2,3,4,5,2.阻尼振動(dòng) 當(dāng)振動(dòng)系統(tǒng)受到阻力的作用時(shí),我們說(shuō)振動(dòng)受到了阻尼。振動(dòng)系統(tǒng)受到的阻尼越小,振幅減小得越慢。當(dāng)阻尼很小時(shí),就可以忽略,當(dāng)作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)來(lái)處理。這種振幅逐漸減小的振動(dòng),叫作阻尼振動(dòng)。 阻尼振動(dòng)中,在振幅逐漸減小的過(guò)程中,振動(dòng)的頻率是否變化?為什么? 提示：不變。物體做阻尼振動(dòng)時(shí),盡管振幅越來(lái)越小,但其振動(dòng)的頻率仍由自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定。例如,用力敲鑼,由于鑼受到空氣的阻尼作用,振幅越來(lái)越小,鑼聲減弱,但音調(diào)不變。,,,,,1,2,3,4,5,3.受迫振動(dòng) 系統(tǒng)在驅(qū)動(dòng)力作用下的振動(dòng)叫作受迫振動(dòng)。受迫振動(dòng)穩(wěn)定時(shí),系統(tǒng)振動(dòng)的頻率等于周期性驅(qū)動(dòng)力的頻率,與系統(tǒng)的固有頻率無(wú)關(guān)。,,,,1,2,3,4,5,4.共振 條件是驅(qū)動(dòng)力的頻率等于物體的固有頻率。此時(shí)受迫振動(dòng)的 振幅最大。,,,1,2,3,4,5,5.共振曲線 如圖所示,共振曲線的橫坐標(biāo)為驅(qū)動(dòng)力的頻率,縱坐標(biāo)為受迫振動(dòng)物體的振幅。 共振曲線直觀地反映出驅(qū)動(dòng)力的頻率對(duì)受迫振動(dòng)物體振幅的影響,由共振曲線可知,當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率與物體的固有頻率相等時(shí),受迫振動(dòng)的振幅最大。,,,1,2,3,4,5,用扁擔(dān)挑水時(shí),有時(shí)桶里的水會(huì)動(dòng)蕩得厲害,并從桶中濺出來(lái),這是為什么?如何避免發(fā)生這一現(xiàn)象? 提示：挑水時(shí),由于行走時(shí)肩膀的起伏,人通過(guò)扁擔(dān)對(duì)水桶的作用,使水因受到周期性的驅(qū)動(dòng)力而產(chǎn)生受迫振動(dòng),當(dāng)驅(qū)動(dòng)力頻率接近或等于桶里水的固有頻率時(shí),水桶里的水就發(fā)生共振,所以水的動(dòng)蕩越來(lái)越厲害,直到濺出來(lái)。 為了避免發(fā)生這種現(xiàn)象,就要使驅(qū)動(dòng)力的頻率和水桶里的水的固有頻率相遠(yuǎn)離,解決的辦法有改變行走的快慢或停止走動(dòng)片刻,若在桶里放些漂浮物,增大阻尼,使振動(dòng)系統(tǒng)克服阻力做功,消耗些能量,也可有效減小水的振動(dòng)幅度。,一,二,三,一、阻尼振動(dòng)與簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的比較 現(xiàn)實(shí)生活中的振動(dòng)幾乎都是阻尼振動(dòng),原因就在于振動(dòng)中始終受到空氣阻力的作用,系統(tǒng)克服阻力做功,機(jī)械能不再守恒,像掛鐘不上發(fā)條,鐘擺就會(huì)停下來(lái)。簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是不受阻力的運(yùn)動(dòng),不會(huì)損失機(jī)械能,是一種理想模型。下面就兩種運(yùn)動(dòng)對(duì)比一下:,一,二,三,一,二,三,特別警示物體做阻尼振動(dòng)時(shí),振幅不斷減小,但是振動(dòng)的頻率仍由自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)所決定,并不會(huì)隨振幅的減小而變化,用力敲鑼,由于鑼受到空氣的阻尼作用,振幅越來(lái)越小,鑼聲減弱,但音調(diào)不變。,一,二,三,二、自由振動(dòng)、受迫振動(dòng)和共振的比較,一,二,三,三、如何理解共振曲線 如圖所示的共振曲線直觀地反映了物體做受迫振動(dòng)的振幅與驅(qū)動(dòng)力頻率的關(guān)系:當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率f偏離固有頻率f固較大時(shí),受迫振動(dòng)的振幅較小;當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率f等于固有頻率f固時(shí),受迫振動(dòng)的振幅最大。,一,二,三,共振曲線可以這樣理解:物體做受迫振動(dòng)的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率,與物體的固有頻率無(wú)關(guān)。但是,物體的固有頻率在振動(dòng)過(guò)程中也起著很大的作用,如果驅(qū)動(dòng)力的頻率與物體的固有頻率相差較大,雖說(shuō)物體仍不得不按驅(qū)動(dòng)力的頻率做受迫振動(dòng),但是物體本身按固有頻率振動(dòng)的力量仍“頑強(qiáng)”地與驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行著“抵抗”,結(jié)果導(dǎo)致物體實(shí)際振動(dòng)的振幅很小;如果兩者差距越小,這種作用就越弱。當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率恰好等于物體的固有頻率時(shí),兩種力量不僅沒(méi)有互相削弱,反而“配合默契”,使物體振動(dòng)的振幅大大提高,出現(xiàn)共振現(xiàn)象。也可以從能量積累的觀點(diǎn)解釋共振現(xiàn)象的原因,當(dāng)物體的固有頻率和驅(qū)動(dòng)力頻率相同時(shí),使得驅(qū)動(dòng)力若與物體按固有頻率的振動(dòng)同步時(shí),驅(qū)動(dòng)力時(shí)時(shí)刻刻都對(duì)物體做正功,從而使物體能量達(dá)到最大的穩(wěn)定狀態(tài),形成共振。,一,二,三,特別警示(1)由共振的條件知,要利用共振,就應(yīng)盡量使驅(qū)動(dòng)力的頻率與物體的固有頻率一致。如共振篩、蕩秋千、共振轉(zhuǎn)速計(jì)等。 (2)由共振曲線可知,在需要防止共振危害時(shí),要盡量使驅(qū)動(dòng)力的頻率和物體的固有頻率不相等,而且相差越多越好。,類型一,類型二,類型三,對(duì)阻尼振動(dòng)的理解,【例1】 單擺做阻尼振動(dòng)的振動(dòng)圖線如圖所示,下列說(shuō)法正確的是( ) A.擺球在A時(shí)刻的動(dòng)能等于B時(shí)刻的動(dòng)能 B.擺球在A時(shí)刻的勢(shì)能等于B時(shí)刻的勢(shì)能 C.擺球在A時(shí)刻的機(jī)械能等于B時(shí)刻的機(jī)械能 D.擺球在A時(shí)刻的機(jī)械能大于B時(shí)刻的機(jī)械能,類型一,類型二,類型三,點(diǎn)撥：熟悉阻尼振動(dòng)中振幅與頻率隨時(shí)間的變化規(guī)律,是分析此類問(wèn)題的關(guān)鍵。 解析：在單擺振動(dòng)過(guò)程中,因不斷克服空氣阻力做功使動(dòng)能逐漸轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,C項(xiàng)錯(cuò)誤,D項(xiàng)正確;雖然單擺總的機(jī)械能在逐漸減小,但在振動(dòng)過(guò)程中動(dòng)能和勢(shì)能仍在不斷地相互轉(zhuǎn)化,由于A、B兩時(shí)刻,單擺的位移相等,所以勢(shì)能相等,但動(dòng)能不相等,A項(xiàng)錯(cuò)誤,B項(xiàng)正確。 答案：BD,類型一,類型二,類型三,題后反思阻尼振動(dòng)的特點(diǎn):(1)振幅越來(lái)越小。(2)振動(dòng)頻率不隨時(shí)間變化。本題只考查了第一點(diǎn)。 觸類旁通例1中,隨著時(shí)間的推延,單擺的振幅越小,其周期變化嗎?為什么? 答案：不變,阻尼振動(dòng)的周期只由系統(tǒng)自身的特點(diǎn)決定,它不會(huì)隨振幅的減小而變化。,類型一,類型二,類型三,對(duì)共振曲線的理解,【例2】 右圖為一單擺的共振曲線,圖中橫軸表示驅(qū)動(dòng)力的頻率,縱軸表示單擺受迫振動(dòng)的振幅,求此單擺的擺長(zhǎng)。 點(diǎn)撥：熟悉共振發(fā)生的條件是分析問(wèn)題的關(guān)鍵。,類型一,類型二,類型三,解析：根據(jù)圖象和共振條件,驅(qū)動(dòng)力頻率為0.4 Hz,即為單擺的固有頻率。再由單擺周期公式可求得結(jié)果。 由圖象可以看出,當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率為0.4 Hz時(shí),單擺的振幅最大,此時(shí)單擺發(fā)生共振。由產(chǎn)生共振的條件可知,單擺的固有頻率為0.4 Hz,,答案：1.56 m,類型一,類型二,類型三,題后反思在分析解答有關(guān)共振問(wèn)題時(shí),要抓住產(chǎn)生共振的條件分析:驅(qū)動(dòng)力的頻率等于固有頻率時(shí)產(chǎn)生共振,此時(shí)振動(dòng)的振幅最大。 觸類旁通在例2中,如果擺長(zhǎng)變長(zhǎng)一些,畫出來(lái)的圖象的高峰將向哪個(gè)方向移動(dòng)?,類型一,類型二,類型三,共振的應(yīng)用,共振篩 【例3】 把一個(gè)篩子用四根彈簧支起來(lái),篩子上安一個(gè)電動(dòng)偏心輪,它每轉(zhuǎn)一周,給篩子一個(gè)驅(qū)動(dòng)力,這樣就做成了一個(gè)共振篩,如圖所示。篩子做自由振動(dòng)時(shí),完成10次全振動(dòng)用時(shí)15 s,在某電壓下,電動(dòng)偏心輪轉(zhuǎn)速是36 r/min。已知增大電壓可使偏心輪轉(zhuǎn)速提高;增加篩子質(zhì)量,可以增大篩子的固有周期,那么要使篩子的振幅增大,下列做法正確的是( ) A.提高輸入電壓 B.降低輸入電壓 C.增加篩子質(zhì)量 D.減小篩子質(zhì)量,類型一,類型二,類型三,答案：AC,類型一,類型二,類型三,題后反思應(yīng)用共振時(shí)應(yīng)使受迫振動(dòng)的頻率(驅(qū)動(dòng)力的頻率)盡量靠近其固有頻率,防止共振危害時(shí)應(yīng)使驅(qū)動(dòng)力頻率盡量遠(yuǎn)離其固有頻率。,