資源簡介

(共36張PPT)
教
學
課
件
2.6受迫振動
第二章 機械振動
振動中能量的損失
受迫振動
共振現象及其應用
01
02
03
目錄
CONTENTS
振動中能量的損失
PART 1
問題2：單擺的周期公式是什么？
問題1：彈簧振子周期公式是什么？
通過前面的學習我們知道，彈簧振子及單擺都是理想化的物理模型，它們的運動屬于簡諧運動，周期或頻率于振幅無關，僅由系統自身的性質決定。我們把這種振動稱為固有振動，其振動頻率稱為固有頻率。而且如果沒有外力（回復力以外的力）它們將永遠的運動下去。我們把這種振動稱之為無阻尼振動。
一、振動中的能量損失
1、無阻尼振動（自由振動）
（1）定義: 只在自身內力（F回）作用下的振動。
（2）特點: f固(T固)由系統本身決定，與振幅無關。
彈簧振子：
單 擺：
1.現實生活中存在簡諧運動嗎？
2.若振動過程中存在阻力，它
的振幅又發生如何變化呢？
2、阻尼振動
（1）定義:
思考1：阻尼是否影響彈簧振子的周期？
在阻尼（摩擦或其他阻力）作用下的振幅逐漸減小的振動。
思考：阻尼振動中，由于存在阻力，振幅不斷減小，故振動系統的機械能將不斷減少，那么，振動系統的周期和頻率也會發生變化嗎？
振動周期與振幅無關，故阻尼振動中周期和頻率不變！
（2）特點:
②阻尼不影響振動系統的固有周期
①阻尼越大，振幅減小得越快，阻尼過大，將不能振動。
T
T
T
例1、一單擺做阻尼振動，則在振動過程中(　　)
A．振幅越來越小，周期也越來越小
B．振幅越來越小，周期不變
C．在振動過程中，通過某一位置時，機械能始終不變
D．振動過程中，機械能不守恒，頻率不變
BD
B
例2.(2022·福安市第一中學高二月考)如圖是一單擺做阻尼振動的位移—時間圖像，比較擺球在M與N對應時刻的物理量，(EpM代表M點重力勢能，EpN代表N對應點重力勢能)以下說法正確的是(　　)
A．速率vM＝vN
B．受到的拉力FM>FN
C．重力勢能EpM>EpN
D．機械能EM受迫振動
PART 2
怎樣才能使阻尼振動一直振動下去呢？
用周期性的外力作用于振動系統，通過外力對系統做正功，補償系統機械能的損耗，使系統持續振動下去。
1.驅動力：周期性作用于振動系統的外力叫做驅動力。
2.受迫振動：系統在驅動力作用下的振動，叫做受迫振動。
3.受迫振動的特點：受迫振動的頻率總等于驅動力的頻率，與系統的固有頻率無關。
二、受迫振動
①穩定后的頻率等于f驅, 跟f固無關。
②f驅和f固越接近，受迫振動的振幅越大。
4.規律：
③f驅 與 f固差別越大時，振幅越小
共振現象及其應用
PART 3
1.共振:當驅動力頻率等于固有頻率時，物體做受迫振動的振幅達到最大值，這種現象稱為共振。
2.條件：驅動力的頻率等于系統的固有頻率。
3.特點:共振時受迫振動的振幅達到最大。
4.共振曲線:如圖表示受迫振動的振幅A
與驅動力頻率f的關系圖象，圖中f0為振
動物體的固有頻率。
三、共振現象及其應用
5.共振曲線的意義:
①縱坐標：表示受迫振動的振幅A；
橫坐標：表示驅動力頻率f；
②f0表示固有頻率；
③f＝f0，共振，振幅最大；
f＞f0或f＜f0，振幅較??；
f與f0相差越大，振幅越?。?br/>④結論：驅動力的頻率f越接近振動系統的固有頻率f0，受迫振動的振幅越大，反之振幅越小。
新課講授
知識講解
6.應用：應使驅動力頻率接近或等于振動物體的固有頻率
①各種樂器的發聲(共鳴箱)
東邪黃藥師是五絕之一，桃花島領主，一身功夫深不可測。劈空掌、碧波掌、彈指神通、落英神劍掌、玉簫劍法是桃花島一派典型的功夫。除此之外，黃藥師最引人注目的便是碧海潮生曲了。一把玉簫在黃老邪手里成了武器，真是風雅俠士。我們先看看原著中關于《碧海潮生曲》的描寫：
這套曲子模擬大海浩淼，萬里無波，遠處潮水緩緩推近，漸近漸快，其后洪濤洶涌，白浪連山，而潮水中魚躍鯨浮，海面上風嘯鷗飛，再加上水妖海怪，群魔弄潮，忽而冰山飄至，忽而熱海如沸，極盡變幻之能事，而潮退后水平如鏡，海底卻又是暗流湍急，于無聲處隱伏兇險，更令聆曲者不知不覺而入伏，尤為防不勝防?！?br/>這樣武功的厲害之處就在于聲音裹挾內力，時而如大潮洶涌澎湃，時而如暗流潛伏殺機。再加上聲音類功夫攻擊范圍廣，對精神危害性大，所以極具威力。在原著中就曾提到，周伯通無法抵擋。
為什么這么厲害？
②微波爐加熱
微波爐加熱原理：食物中水分子的振動頻率約為2500MHz。微波爐加熱食品時，爐內產生大致相同頻率的電磁波，也稱為 “微波”。使食物中的水分子做受迫振動，發生共振，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。
③測量發動機轉速的轉速計
偏心輪轉動產生周期性的驅動力，當驅動力頻率與篩子固有頻率相當時會產生距離振動，提高篩除雜物效率。
發動機的轉速計原理圖
不同長度的鋼片安裝在同一個支架上，與開動著的機器緊密接觸，機器的振動引起轉速計的輕微振動，固有頻率與機器轉速一致的那個鋼片發生共振。
④共振篩
7. 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，由于馬蹄節奏整齊，橋梁發生共振而斷裂。
（2）輪船航行時要看波浪的撞擊方向而改變速度和方向
（3）機器運轉時為了防止共振要調節轉速或者在振動物體底座加防振墊
例3．金庸的小說里“獅子吼”是一門用聲音給敵人造成巨大傷害的功夫，網絡游戲中也將“獅子吼”設為物理攻擊，某電影主人公一聲“獅子吼”可將桌上的杯子震碎。用手指輕彈同樣的杯子，杯子發出清脆的聲音，測得聲音頻率為500Hz。結合所學知識推斷電影中主人公發出的“獅子吼”的攻擊原理及聲波的特點，下列說法可能的是（　?。?br/>A．他發出的“獅子吼”頻率應該遠大于500Hz
B．他發出的“獅子吼”頻率應該遠小于500Hz
C．他發出的“獅子吼”頻率應該接近500Hz
D．“獅子吼”的音量一定很大
C
例4. 單擺M、N、O、P自由振動時,振動圖像分別如圖甲、乙、丙、丁所示.現將單擺M、N、O、P懸掛在如圖所示支架的細線上,并保持各自的擺長不變,使其中一個單擺振動,經過足夠長的時間,其他三個都可能振動起來,不計空氣阻力,下列判斷正確的是(　 )
A.若使M振動起來,P不會振動
B.若使N振動起來,穩定時N振動的周期仍小于O的振動周期
C.若使P振動起來,穩定時M比N的振幅大
D.若使O振動起來,穩定時M的振動周期等于2 s
C
例5.共振篩是利用共振現象制成的把篩子用四根彈簧支起來，在篩架上安裝一個偏心輪，就成了共振篩.偏心輪在發動機的帶動下發生轉動時，適當調節偏心輪的轉速，可以使篩子受到的驅動力的頻率接近篩子的固有頻率，這時篩子發生共振，振幅最大，提高了篩除雜物的效率.
如圖所示為共振篩示意圖，共振篩振動的固有頻率為5Hz，為使共振篩發生共振，使其工作效率達到最高，則偏心輪的轉速為( )
A. 5r/s B. 10r/s
C. 0.2r/s D. 300r/s
A
例6.如圖所示是用來測量各種發動機轉速的轉速計原理圖。在同一鐵支架MN上焊有固有頻率依次為100Hz、90Hz、80Hz、70Hz的四個鋼片a、b、c、d，將M端與正在轉動的電動機接觸，發現b鋼片振幅很大，其余鋼片振幅很小。則（　　）
A．鋼片a的振動頻率約為100Hz
B．鋼片b的振動頻率約為90Hz
C．鋼片c的振動頻率約為80Hz
D．電動機的轉速約為90r/min
B
例7.如圖甲所示,一個有固定轉動軸的豎直圓盤轉動時,固定在圓盤上的小圓柱帶動一個T形支架在豎直方向運動,使T形支架下面的彈簧和小球組成的振動系統做受迫振動.小球的振幅A與圓盤的轉速n的關系如圖乙所示.下列說法正確的是(　 )
A.振動系統的固有周期為20 min
B.振動系統的固有周期為3 s
C.圓盤的轉速越大,擺件振動的振幅越大
D.圓盤的轉速越大,擺件振動的頻率越小
B
AD
例8.．(多選)共振現象是指一個物理系統在其自然的振動頻率（所謂的共振頻率）下趨于從周圍環境吸收更多能量的趨勢。自然中有許多地方有共振的現象。人類也在其技術中利用或者試圖避免共振現象。如圖所示為一個單擺在地面上做受迫振動的共振曲線（振幅A與驅動力頻率f的關系），下列說法正確的是（ ）（ ）
A．此單擺的固有周期為2s
B．此單擺的擺長約為2m
C．若僅擺長增大，單擺的固有頻率增大
D．若僅擺長增大，共振曲線的峰將向左移
例9. 圖8(a)為演示單擺共振的裝置，實驗時依次讓不同的單擺先擺起來，觀察單擺P(圖中未標出)能達到的最大振幅A和穩定時的振動頻率f，并描點記錄在圖(b)中，用光滑曲線連接各點得到如圖(b)所示曲線。取重力
加速度g＝π2m/s2，下列說法正確的是(　　)
A.單擺P的固有頻率約為1 Hz
B.裝置(a)中只有一個單擺的擺長約為1.0 m
C.當單擺P穩定時的振動頻率為1.0 Hz時,先振動的單擺擺長約為0.25 m
D.單擺P的振動周期總為2 s
C
例10.(2024山東滕州第二中學期中)某中學錄播室內的減噪裝置結構
如圖所示,通過裝置的共振可吸收聲波。已知其固有頻率為
f0=(SI單位),其中σ為薄板單位面積的質量,L為空氣層的厚度。
若外界聲波頻率由300 Hz變為200 Hz,經測試發現它對頻率為
300 Hz的聲音減噪效果最強,,則(　　)
A.系統振動頻率為200 Hz
B.系統振動頻率為300 Hz
C.為獲得更好減噪效果,可僅減小L的大小
D.為獲得更好減噪效果,可僅換用σ更小的薄板
A
謝
謝
聆
聽

展開更多......

收起↑