人教版高二物理选修3-4课件 11.5-外力作用下的振动(共35张PPT)

文档属性

名称 人教版高二物理选修3-4课件 11.5-外力作用下的振动(共35张PPT)
格式 zip
文件大小 1.2MB
资源类型 教案
版本资源 人教版(新课程标准)
科目 物理
更新时间 2020-08-25 11:11:35

图片预览

文档简介

(共35张PPT)
11.5
物体在外力作用下的振动
振动的能量与振幅有关,振幅越大,振动的能量越大
弹簧振子和单摆是理想化模型,其运动都是简谐运动,动能和势能在发生相互转化,但机械能的总量保持不变,即机械能守恒。
复习回顾
一.自由振动及其图象:
1、自由振动(无阻尼振动):系统不受外力作用,也不受任何阻力,只在自身回复力作用下的振动称为自由振动。简谐运动是一个等幅振动!
2、自由振动的频率,叫做系统的固有频率。自由振动的周期叫做系统的固有周期。
弹簧振子:

摆:
固有周期和固有频率:由系统本身的特征决定,与振幅无关。
1、阻尼振动:系统振动过程中受到阻力作用,振动逐渐消失,振动能量逐步转变为其他能量。这种振动叫做阻尼振动。
2、振动系统受到的阻尼越大,振幅减小得越快,阻尼过大时,系统将不能发生振动。
4、实际的振动一定是阻尼振动
二、阻尼振动及其图象:
3、阻尼振动过程中:周期和频率不变。
问题1:振幅减小的快慢与什么有关?
说明1:振幅减小的快慢跟所受的阻尼有关,阻尼越大,振幅减小得越快.
问题2:物体在做阻尼振动时的周期或频率如何变化?
说明2:物体做阻尼振动时周期频率不变。振动的固有周期、频率由自身的结构特点决定。
说明3:在实际问题中,阻尼振动若在一段不太长的时间内振幅没有明显的减小,可认为是等幅振动.
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。
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?
1、驱动力:
作用于振动系统
,使系统能持续振动下去的周期性外力叫做驱动力
2、受迫振动:
①物体做受迫振动时,振动稳定后的频率等于驱动力的频率,跟物体的固有频率无关。
三、受迫振动
物体在周期性驱动力作用下所做的振动叫受迫振动。
②物体做受迫振动的振幅由驱动力频率和物体的固有频率共同决定:两者越接近,受迫振动的振幅越大,两者相差越大受迫振动的振幅越小。
3、规律:
条件:受到阻力和驱动
能量:机械能转化为内能,其他能转化为机械能
1.定义:当驱动力的频率跟物体的固有频率相等时,受迫振动的振幅最大,这种现象叫共振。
2.条件:f驱
=
f固
3.共振曲线:
①当f驱=f固时,振幅由最大值。
②f驱与f固越接近,受迫振动的振幅越大,
f驱与f固相差越远,受迫振动的振幅越小
③发生共振时,一个周期内,外界提供的能量等于系统克服阻力做功而消耗的能量。
四、共振
横轴:表示驱动力的频率
纵轴:表示受迫振动的振幅
受迫振动实例:
①跳板在人走过时发生的振动
②机器底座在机器运转时发生的振动
③听到声音时耳膜的振动
④电磁打点计时器的振针所做的振动

轮船航行时要看波浪的撞击方向而改变速度和大小
⑥洗衣机正常工作时的振动。
生活中的共振现象
龙洗

龙洗盆
古代用以盛水盥洗的器皿。传说是明朝开国皇帝朱元璋为不爱洗脸的独生子,召集全国的能工巧匠打制而成,为皇子的专用洗盆。后成为皇亲国戚、才子佳人赏玩之物(中央电视台《中国一绝》栏目曾介绍过),宫中奇宝,后来流落民间。若以手摩擦两耳得法,产生共振,即可泛起水花,景象十分别致,后成为一种民间娱乐用品。经现代振动与波的理论分析和实验研究,这是薄壳圆柱体自激振荡时的不同振型所致。
“龙洗”是我国著名文物之一,
现代工艺制作的仿品,在许多旅游景点均可见到,
“龙洗”也称“金盆洗手”、“聚宝盆”,用青铜铸成。盆沿图案由回纹和龙纹构成,盆底有四条龙,盆沿有两只盆耳,倒了些清水到“龙洗”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,
1831年,一队骑兵通过曼彻斯特附近的一座便桥时,由于马蹄节奏整齐,桥梁发生共振而断裂。
生活中的共振现象
军队过桥便步走,火车过桥慢行
1940
年11月7日美国的全长860米的Tocama?悬索桥因在建成后的4个月就因风共振而坍塌

生活中的共振现象
古希腊的学者阿基米德曾豪情万丈地宣称:给我一个支点,我能撬动地球。而现代的美国发明家特士拉更是“牛气”,他说:用一件共振器,我就能把地球一裂为二。
美国有一农场农妇,习惯于用吹笛的方式招呼丈夫回家吃饭,可当她有一次吹笛时,居然发现树上的毛毛虫纷纷坠地而死,惊讶之余,她到自己的果园吹了几个小时,一下子将果树上的毛毛虫收拾的一干二净,究其原因,还是笛子发出的声音引起毛毛虫内脏发生剧烈共振而死亡。
生活中的共振现象
唐朝时候洛阳某寺一僧人房中挂着的一件乐器,经常莫名其妙地自动鸣响,僧人因此惊恐成疾,四处求治无效。他有一个朋友是朝中管音乐的官员,闻讯特去看望他。这时正好听见寺里敲钟声,那件乐器又随之作响。于是朋友说:你的病我可以治好,因为我找到你的病根了。只见朋友找到一把铁锉,在乐器上锉磨几下,乐器便再也不会自动作响了。
生活中的共振现象
微波炉加热原理:
食物中水分子的振动频率约为2500MHz
,具有大致相同频率的电磁波称为
“微波”
。微波炉加热食品时,炉内产生很强的振荡电磁场,使食物中的水分子作受迫振动,发生共振,将电磁辐射能转化为内能,从而使食物的温度迅速升高。微波加热是对物体内部的整体加热,极大地提高了加热效率。
生活中的共振现象
声音的共鸣
——声音的共振现象
共鸣箱
————音叉下面所装的空箱
次声波
频率小于20Hz(赫兹)的声波叫做次声波。次声波不容易衰减,不易被水和空气吸收。而次声波的波长往往很长,因此能绕开某些大型障碍物发生衍射。某些次声波能绕地球2至3周。某些频率的次声波由于和人体器官的振动频率相近,容易和人体器官产生共振,对人体有很强的伤害性,危险时可致人死亡。
五、共振的应用和防止
①测量发动机转速的转速计
②共振筛
1.共振的应用:使驱动力的频率接近或等于振动物体的固有频率。
发动机的转速计原理图
2、防止
使驱动力的频率与物体的固有频率不同,而且相差越大越好。
为什么:登山运动员登山时严禁大声喊叫?
因为喊叫声中某一频率若正好与山上积雪的固有频率相吻合,就会因共振而引起雪崩,其后果十分严重。
(1)军队、火车过桥时要放慢速度.
(2)机器运转时为了防止共振要调节转速或者在振动物体底座加防振垫.
(3)轮船航行时要看波浪的撞击方向而改变速度和
方向
(4)装修剧场、房屋时使用吸声材料等。
结论:
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;
防止共振时,应使驱动力的频率与物体的固有频率不同,而且相差越大越好.
简谐运动、阻尼振动与受迫振动及共振的区别:简谐运动是一种理想化的模型,物体运动过程中的一切阻力都不考虑;阻尼振动却考虑阻力的影响,是更实际的一种运动;而受迫振动则是物体做阻尼振动时受到周期性驱动力作用下的振动,共振是驱动力的频率等于系统的固有频率时的受迫振动
振动类型项目
自由振动
受迫振动
共振
受力情况
回复力
周期性驱
动力作用
周期性驱
动力作用
振动周期
或频率
由系统本身性质决定,即固有周期或固有频率
由驱动力的周期或频率决定,即T=T驱或f=f驱
T驱=T固或f驱=f固
振动能量
振动物体的机械能不变
由产生驱动力的物体提供
振动物体获得的能量最大
常见例子
弹簧振子或单摆(θ≤5°)
机械工作时底座发生的振动
共振筛、声音的共鸣等
小结
2、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,跟物体的固有频率无关。
3、共振:
当驱动力的频率跟物体的固有频率相等时,受迫振动的振幅最大,这种现象叫共振。
1、阻尼振动:振幅(能量)逐渐减小的振动。
A、利用共振时:应使驱动力的频率f接近或等于振动物体的固有频率f0
B、防止共振时:应使驱动力的频率f与物体的固有频率f0不同,而且相差越大越好
例1: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
A
B
C
2m
4m
2m
CD
例2:支持列车车厢的弹簧固有频率为2Hz,若列车行驶在每根长为12.5m的铁轨连成的铁道上,则当列车运行速度多大时,车厢振动的剧烈程度最大?

25m/s
)
例3:关于受迫振动,以下说法中正确的是( BD )
A.是在一恒力作用下的振动
B.振动频率可能大于或小于系统的固有频率
C.振动频率一定等于固有频率
D.振动频率一定等于驱动力的频率
例4:关于共振的防止和利用,应做到(

A、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
B、利用共振时,应使驱动力的频率大于或小于振动物体的固有频率
C、防止共振危害时,应尽量使驱动力的频率接近或等于振动物体的固有频率
D、防止共振危害时,应使驱动力的频率远离振动物体的固有频率
AD
1、下列说法中正确的是(

A、某物体做自由振动时,其振动频率与振幅无关
B、某物体做受迫振动时,其振动频率与固有频率无关
C、某物体发生共振时的频率就是其自由振动的频率
D、某物体发生共振时的振动就是无阻尼振动
ABC
2、实际的振动系统做阻尼振动时,它的(

A、周期越来越小
B、位移越来越小
C、振幅越来越小
D、机械能越来越小
CD
3、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。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,以下做法正确的是(

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
AD
4、如图所示,在曲轴A上悬挂一个弹簧振子,如果不转动把手B而用手拉振子,放手后让其上下振动,其作30次全振动所用的时间是15s.如果匀速转动把手,弹簧振子也可上下振动.若把手以30r/min的转速匀速转动,当弹簧振子的振动稳定后,它的振动周期为
s.
2
5、如图,表示两个单摆m、M悬挂到一根钢丝上,原来它们都静止,今使m偏离平衡位置一个小角度,释放后m做简谐运动的方向在垂直于纸面的竖直平面里,对M此后的运动情况,下列说法正确的是(   )
A、M仍静止
B、M将做受迫振动,周期为2π
C、M将做受迫振动,周期为2π
D、M能发生共振
I
g
L
g
m
M
l
L
B
6.如图所示,在一根张紧的水平绳上,悬挂有
a、b、c、d、e五个单摆,让a
摆略偏离平衡位置后无初速释放,在垂直纸面的平面内振动;接着其余各摆也开始振动。下列说法中正确的有:(

A.其余各摆的振幅大小不同,c摆的振幅最大
B.其余各摆的振动周期不同,c摆的周期最长
C.其余各摆的振动周期与a摆相同
D.其余各摆均做自由振动
AC
7.将一测力传感器连接到计算机上就可以测量快速变化的力,下图甲中O点为单摆的悬点,现将小球(可视为质点)拉到A点,此时细线处于张紧状态,释放摆球,则摆球在竖直平面内的ABC之间来回摆动,其中B点为运动中最低位置。∠AOB=∠COB=α,α小于50且是未知量,下图乙表示计算机得到细线对摆球的拉力大小F随时间变化的曲线且图中t=0时刻为摆球从A点开始运动的时刻,据力学规律和题中信息(g取10m/s2).
求:(1)单摆的周期,摆长
(2)摆球的质量
(3)摆动过程中最大速度
(1)0.4π,0.4m
(2)0.05kg
(3)0.28
m/s
8.(2010年全国)一简谐振子沿x轴振动,平衡位置在坐标原点。t=0时刻振子的位移x=-0.1m;t= s时刻x=0.1m;t=4s时刻x=0.1m。该振子的振幅和周期可能为


A.0.1m, 
s  B.0.1m,8
s
C.0.2m, 
s
 D.0.2m,8
s
ACD