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11.5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(zhì)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(zhì)：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(guān),與振幅和質(zhì)量無關(guān)。,復習回顧,振動的能量與振幅有關(guān)，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(zhuǎn)化，但機械能的總量保持不變，即機械能守恒。,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,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(zhuǎn)化為內(nèi)能圖象：振幅逐漸減小,演示的實際振動情況：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,問題1：振幅減小的快慢與什么有關(guān)？振幅減小的快慢跟所受的阻尼有關(guān)，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(jié)構(gòu)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(nèi)振幅沒有明顯的減小，可認為是等幅振動．,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(qū)動力！,三、受迫振動,1、驅(qū)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(qū)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(qū)動力能量：機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，其他能轉(zhuǎn)化為機械能,,受迫振動的頻率跟什么有關(guān)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(zhuǎn)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：,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(qū)動力的頻率，與系統(tǒng)的固有頻率無關(guān)。,(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?,實驗研究,結(jié)論：受迫振動中，驅(qū)動力的頻率等于振動物體的固有頻率時，振幅最大；驅(qū)動力的頻率跟固有頻率相差越大，振幅越小。,橫軸：表示驅(qū)動力的頻率,縱軸：表示受迫振動的振幅,圖象的意義：f驅(qū)=f固時，振幅有最大值f驅(qū)與f固差別越大時，振幅越小,四、共振,1、定義：驅(qū)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(qū)=f固時，振幅有最大值f驅(qū)與f固差別越大時，振幅越小,——聲音的共振現(xiàn)象,————音叉下面所裝的空箱,五、共振的應用和防止,①測量發(fā)動機轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速計,②共振篩,1.共振的應用,發(fā)動機的轉(zhuǎn)速計原理圖,③微波爐加熱原理：食物中水分子的振動頻率約為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(nèi)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(zhuǎn)化為內(nèi)能，從而使食物的溫度迅速升高。微波加熱是對物體內(nèi)部的整體加熱，極大地提高了加熱效率。,,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(nèi)臟發(fā)生劇烈共振而死亡。,,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,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,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......,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。,五、共振的應用和防止,2.共振的防止,使驅(qū)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(zhuǎn)時為了防止共振要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)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。,結(jié)論：利用共振時，應使驅(qū)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(qū)動力的頻率與物體的固有頻率不同，而且相差越大越好．,小結(jié):,1.受迫振動：物體在外界驅(qū)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(qū)動力的頻率，跟物體的固有頻率無關(guān),3.驅(qū)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(qū)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(qū)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,5.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(qū)動力作用下的振動．三者對比列表如下：,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(qū)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．,1.如圖所示，是用來測量各種發(fā)動機轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)速為_______r/min。,3600,60Hz,課堂練習,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,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(qū)動力作用下做受迫振動時，則（）A、甲的振幅較大，振動頻率為fB、乙的振幅較大，振動頻率為4fC、甲的振幅較大，振動頻率為2fD、乙的振幅較大，振動頻率為2f,C,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,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(qū)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,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？,,作業(yè),1.課本第21頁問題與練習1、2、3、42.《學法大視野》第16、17頁,