2.5 生活中的振动 课件（共22页）

(共22张PPT)
2.5 生活中的振动
第2章 机械振动
鲁科版 （2019） 选择性必修1
复习
0
1、弹簧振子、单摆周期公式
2、描述简谐运动的物理有哪些？
3、现实生活中的振子、单摆振动的特点。
阻尼振动
1
1.1 实验
木球（表面金色）
现象：振幅越来越小，最后基本静止
1.2 自由振动
对于一个振动系统，若振动物体偏离平衡位置后，仅在回复力作用下振动，这种振动就是自由振动。
1.3 阻尼振动
定义：物理学中，把振幅不断减小的振动称为阻尼振动。
特点：振动物体克服阻力做功，系统机械能不断减小，导致振幅不断减小，直至停止运动。
有时我们希望物体在某一段时间内的运动接近简谐运动，则应减小阻力。例如，我们 隔一段时间对摆钟进行清洗，并在轴承中加润滑油，这都是为了减小阻力。
阻尼振动
1
振动类型
比较内容 阻尼振动 无阻尼振动
产生条件 　受到阻力作用 不受阻力作用或受到阻力作用，但外界补充能量
振幅 如果没有能量补充，物体的振幅会 　 振幅
越来越小
不变
阻尼振动
1
振动图像
实例 用锤敲锣，由于锣的振动，发出响亮的锣声，但锣声越来越弱，振幅越来越小，属阻尼振动 弹簧振子的振动，单摆的振动
阻尼振动
1
例题1　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　该题考查阻尼振动的能量和周期.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.
BD
受迫振动与共振
2
2.1 实验
安装好实验装置，用力拉弹簧振子到合适位置，释放振子，测量振子的周期T1，一段时间后振子停止运动；说明振子运动时存在阻力。（阻尼振动）
安装好实验装置。匀速转动摇把，摇把对弹簧 振子施加周期性的驱动力，使振子做受迫振动，记录摇把的周期T2，观察振子振动的周期T3，发现三个周期的关系：
在周期性 外力作用下产生的振动称为受迫振动（forced vibration）
这种周期性的外力称为驱动力（或强迫力）
2.2 驱动力
2.3 受迫振动
物体做受迫振动时，振动稳定后的周期（或频率）总等于驱动 力的周期（或频率），与物体的固有周期（或固有频率）无关。
2.4 结论
受迫振动与共振
2
例题2　如图所示，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2 Hz，然后匀速转动摇把，转速为240 r/min，当振子振动稳定后，它的振动周期为(　　)
A. s B. s C.2 s D.4 s
解析　受迫振动的周期等于驱动力的周期，故T＝ s＝ s.
B
受迫振动与共振
2
在支架上拴一条水平细绳，绳上间隔悬挂一 些单摆（图 2-28），其中摆 A 和摆 D 的摆长相 等（ 固有周期相同 ）。
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施加了一个周期性驱动力，且驱动力的周期等于摆 A 的固有周期，其他摆在此驱动力的作用下做受 迫振动。
一段时间后，可发现固有周期与摆 A 周期相差越小的摆振幅越大，与摆 A 周期 相同的摆 D 的振幅最大。
2.5 共振现象
受迫振动与共振
2
物体做受迫振动时，驱 动力的周期（或频率）与物体的固有周期 （或固有频率）相差越小，受迫振动的振幅就越大。
当驱动力的周期（或频 率）与物体的固有周期（或固有频率）相等 时，受迫振动的振幅达到最大，这种现象称 为共振（resonance）
2.6 共振
共振的应用与防止
3
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一致.如：共振筛、荡秋千、共振转速计等.
3.1 利用
共振的应用与防止
3
3.2 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与固有频率不相等，而且相差越大越好.
例如，轮船航行时，常会受到周期性的海浪冲击 而摆动，如果海浪冲击力的频率与轮船的固有频率相同，就会发生共振，轮船可能会剧烈 摇摆甚至倾覆。人们常通过改变轮船的航向和速率，使海浪冲击力的频率与轮船的固有频 率相差很大，以此防止共振发生。
集体列队经过桥梁时要便步走，以防对桥梁形成的周期性驱动力使桥梁发生共振。
许多机电设备，如车床、 磨床、电锯等，工作时都会伴随不同程度的振动， 要防止它们产生共振现象。
科学研究表明，人体各个部位的固有频率不同， 如大脑的固有频率为 8 ～ 12 Hz，人的内脏器官的固 有频率为 4 ～ 8 Hz。人们在生产生活中接触的各种 外界振动源，很容易引起人体器官的共振，对人体 造成伤害。因此，接近振动源时，应该设法防止共 振对身体造成不良影响。
共振的应用与防止
3
— 简谐运动 阻尼振动 受迫振动
产生条件 不受阻力作用 受阻力作用 受阻力和驱动力作用
频率 固有频率 固有频率 驱动力频率
振幅 不变 减小 大小变化不确定
振动
图像 形状不确定
实例 弹簧振子振动，单摆做小角度摆动 敲锣打鼓发出的声音越来越弱 扬声器、纸盆振动发声，钟摆的摆动
共振的应用与防止
3
3.3 简谐运动、阻尼振动与受迫振动的对比
习题讲解
4
课本P54--- 3. 正在运转的机器，当其飞轮以角速度 ω0 匀速转动时，机器的振动 并不强烈；切断电源，飞轮的转动逐渐慢下来，在某一小段时间内 机器却发生了强烈的振动；此后，飞轮转速继续变慢，机器的振动 也随之减弱。在机器停下来之后，若重新启动机器使飞轮转动的角 速度从 0 较缓慢地增大到 ω0，在这一过程中 （ ）
A. 机器不一定会发生强烈振动;
B. 机器一定会发生强烈振动;
C. 若机器发生强烈振动，则当时飞轮角速度为 ω0；
D. 若机器发生强烈振动，则当时飞轮角速度肯定小于 ω0；
习题讲解
4
课本P54--- 4. 一弹簧振子做受迫振动时的振幅与驱动力频率的关系如图所示。下 列说法正确的是（ ）
A. 假如让振子自由振动，它的频率为 f 2 ；
B. 驱动力的频率为 f 2 时，振子处于共振状态；
C. 驱动力的频率为 f 3 时，振子的振动频率为 f 3 ；
D. 振子做自由振动时，频率可能为 f 1、f 2 和 f3；
课本P54--- 5. 在接近收费口的道路上安装了若干条凸起于路面且与车辆行驶方向垂直的减速带，减速带间距为 10 m，当车辆经过减速带时会产生振动。若某汽车的固有频率为 1.25 Hz，当该车以多大速度行驶 在此减速区时颠簸得最厉害？
习题讲解
4
课本P55--- 1. 如图所示，把一个筛子用弹簧支起来，筛子上有一个电动偏 心轮，它每转一周，会给筛子一个驱动力，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 15 s。在某电压下，电动偏心轮的转速是 36 r/min。已知增 大电压可使偏心轮的转速提高，增加筛子质量可使筛子的 固有周期增大。要使筛子的振幅增大，可采用哪些方法？ 请说明理由。
习题讲解
4
例题：如图甲所示，一个竖直圆盘转动时，固定在圆盘上的小圆柱带动一个T形支架在竖直方向振动，T形支架的下面系着一个弹簧和小球组成的振动系统，小球浸没在水中。当圆盘静止时，让小球在水中振动，球将做阻尼振动。现使圆盘以不同的频率振动，测得共振曲线如图乙所示。(g＝9.86 m/s2，π＝3.14)
(1)当圆盘以0.4 s的周期匀速转动，经过一段时间后，小球振动达到稳定，它振动的频率是多少？
(2)若一个单摆的摆动周期与球做阻尼振动的周期相同，该单摆的摆长约为多少？(结果保留三位有效数字)
[答案]　(1)2.5 Hz　(2)2.78 m
习题讲解
4
课本P55--- 2. 如图所示，装有砂粒的试管竖直静浮于水中。将试管竖直提 起少许，然后由静止释放并开始计时，在一定时间内试管在竖直方向近似做简谐运动。若取竖直向上为正方向，下 列描述试管振动的图像可能正确的是（ ）
习题讲解
4
课本P56--- 8. 将一单摆竖直悬挂于一深度未知且开口向下的小筒 中，单摆的下部露于筒外，如图（a）所示。将摆 球拉离平衡位置一个小角度后由静止释放，设单摆摆 动过程中悬线不会碰到筒壁。如果本实验的长度测量 工具只能测量筒的下端口到摆球球心的距离 l，并通 过改变 l 测出对应的摆动周期 T，作出 T2-L图像， 那么可通过此图像得出小筒的深度 x 和当地的重力加速度 g。
（1）若有游标卡尺、秒表、天平、毫米刻度尺几种测量工具，则本实验所需的测量工具为 __________。
（2）实验中所得到的 T 2 -L 图像应是如图（b）所示 a、b、c 中的 ____________。
（3）由图像可知，小筒的深度 x =____________ m，当地的重力加速度 g = ____________ m/s2 。
习题讲解
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*课本P56--- 7. 一单摆在地面处的摆动周期与其在某矿井底部的摆动周期的比值为 k。设地球的半径为 R 并假 定其密度均匀，已知质量均匀分布的球壳对壳内物体的引力为 0，求矿井的深度 d。
单摆和万有引力综合
小结
5
生活中的振动
阻尼振动
受迫振动
驱动力
周期和频率
振幅减小
共振
产生条件和特点
应用与防止