外力作用下的振動模板ppt課件

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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,2,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。,3,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(xiàn)實生活中是否存在簡諧運動？,一、固有周期和固有頻率,4,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,5,二、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。,6,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、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。,7,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！,8,三、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。,9,,受迫振動的頻率跟什么有關呢?,受迫振動實例：,①跳板在人走過時發(fā)生的振動,②機器底座在機器運轉時發(fā)生的振動,③聽到聲音時耳膜的振動,④電磁打點計時器的振針所做的振動,思考：,10,3、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(lián)系呢?,11,實驗研究,12,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,13,四、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(xiàn)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，振幅越小,14,——聲音的共振現(xiàn)象,————音叉下面所裝的空箱,15,五、共振的應用和防止,①測量發(fā)動機轉速的轉速計,②共振篩,1、共振的應用,發(fā)動機的轉速計原理圖,16,③微波爐加熱原理： 食物中水分子的振動頻率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(chǎn)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。,,17,,生活中的共振現(xiàn)象,共振篩,18,共振篩的原理示意圖,19,,生活中的共振現(xiàn)象,龍洗 盆,20,盆沿圖案由回紋和龍紋構成，盆底有四條龍，盆沿有兩只盆耳，倒了些清水到“龍洗”中，用手掌慢慢地去摩擦盆邊的提耳，霎時間，銅盆便可以發(fā)出嗡嗡之聲，其中盛的水便會起霧、震蕩、濺起層層浪花，隨著摩擦越來越快，水花也越?jīng)_越高，最奇妙的是由盆底四條龍嘴上可噴出20--50厘米左右的水花，大有龍泉噴珠之妙，濺起水花的源頭，恰巧在盆底刻有四條龍的龍口位置，盆里的青龍，也好像游動了起來，并不時地翻騰跳躍，攪得浪花蕩漾，水珠四射。更為神奇的是，噴起的水柱，在空中聚成了一個四邊的方型。設計巧妙，圖形各異，漂亮非常，令人稱奇叫絕。且寓意為“風升水起”，代表好運和富貴。,21,生活中的共振現(xiàn)象,美國有一農(nóng)場農(nóng)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(xiàn)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。,22,唐朝時候洛陽某寺一僧人房中掛著的一件樂器，經(jīng)常莫名其妙地自動鳴響，僧人因此驚恐成疾，四處求治無效。他有一個朋友是朝中管音樂的官員，聞訊特去看望他。這時正好聽見寺里敲鐘聲，那件樂器又隨之作響。于是朋友說：你的病我可以治好，因為我找到你的病根了。只見朋友找到一把鐵銼，在樂器上銼磨幾下，樂器便再也不會自動作響了。,生活中的共振現(xiàn)象,23,,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(xiàn)象,24,1940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(xiàn)象,25,1890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(xiàn)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”。,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,26,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(chǎn)生共振，對人體有很強的傷害性，危險時可致人死亡。,27,五、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。,28,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．,29,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(xiàn)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,30,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：,31,32,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,33,1. 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(xiàn)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,34,2.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(xiàn)（ ） 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,35,3.兩個彈簧振子，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,36,4.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,37,5.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,38,6、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？,,39,7、如圖所示，在曲軸A上懸掛一個彈簧振子，如果不轉動把手B，而用手向下拉振子小球m，放開手后，讓小球上下自由振動測得彈簧振子做30次全振動所用的時間是15s；如果勻速轉動把手，也可使彈簧振子上下振動．若使把手以轉速n＝30r/min勻速轉動．當彈簧振子的振動達到穩(wěn)定后，它的振動周期是________s．若要想使彈簧振子的振幅達到最大，則把手的轉速應為________r/min.,40,8、如圖所示是一個單擺的共振曲線，求： （1）單擺的擺長L（g取9.8m/s2） （2）若擺長減小，共振曲線的峰將怎樣移動？為什么？,41,作業(yè),42,