外力作用下的振动模板ppt课件

外力作用下的振动,1、单摆的理想化模型： 在细线的一端拴上一个小球，另一端固定在悬点上，如果线的伸缩和质量可以忽略不计，球的直径比线长短得多。 2、单摆运动的性质： 在摆角 5的条件下，单摆的振动可看作简谐振动。 4、单摆振动的周期公式 单摆周期与摆长和重力加速度有关,与振幅和质量无关。,复习回顾,2,振动的能量与振幅有关，振幅越大，振动的能量越大,4、 简谐运动中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。,3,定义：振动系统不受外力的作用，此时的振动叫做固有振动，其振动频率称为固有频率。 条件：在振动方向只受回复力作用 能量：机械能守恒 图像：振幅不变,现实生活中是否存在简谐运动？,一、固有周期和固有频率,4,演示的是实际振动情况：,当系统受到阻力的作用时，我们说振动受到了阻尼。,条件：受到阻力 能量：机械能转化为内能 图象：振幅逐渐减小,5,二、阻尼振动 1、阻尼振动：振幅逐渐减小的振动。 简谐运动是一个等幅振动！ 2、阻尼振动的图象,3、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、实际的自由振动一定是阻尼振动。,6,问题1：振幅减小的快慢与什么有关？ 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？ 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。 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。,7,思考： 用什么方法才能得到持续的振动呢？ 比如我们在荡秋千的时候，如何能让秋千一直摆动呢？,补偿！ 驱动力！,8,三、受迫振动,1、驱动力： 作用在振动系统上的周期性外力 2、受迫振动：系统在驱动力作用下的振动,请举出你所知道的受迫振动的例子,条件：受到阻力和驱动力。 能量：机械能转化为内能，其他能转化为机 械能。,9,受迫振动的频率跟什么有关呢?,受迫振动实例：,跳板在人走过时发生的振动,机器底座在机器运转时发生的振动,听到声音时耳膜的振动,电磁打点计时器的振针所做的振动,思考：,10,3、受迫振动的特点： (1) 物体做受迫振动时，振动稳定后的频率总等于驱动力的频率，与系统的固有频率无关。,(2) 但物体做受迫振动的振幅是否与物体的固有频率有联系呢?,11,实验研究,12,结论：受迫振动中，驱动力的频率等于振动物体的固有频率时，振幅最大；驱动力的频率跟固有频率相差越大，振幅越小。,横轴：表示驱动力的频率,纵轴：表示受迫振动的振幅,图象的意义： f驱= f固时，振幅有最大值 f驱与 f固差别越大时，振幅越小,13,四、共 振,1、定义：驱动力的频率等于系统的固有频率时，受迫振动的振幅最大，这种现象叫做共振。 2、共振曲线： 图象特点 f驱= f固时，振幅有最大值 f驱与 f固差别越大时，振幅越小,14,声音的共振现象,音叉下面所装的空箱,15,五、共振的应用和防止,测量发动机转速的转速计,共振筛,1、共振的应用,发动机的转速计原理图,16,微波炉加热原理： 食物中水分子的振动频率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。,17,生活中的共振现象,共振筛,18,共振筛的原理示意图,19,生活中的共振现象,龙洗 盆,20,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，最奇妙的是由盆底四条龙嘴上可喷出20-50厘米左右的水花，大有龙泉喷珠之妙，溅起水花的源头，恰巧在盆底刻有四条龙的龙口位置，盆里的青龙，也好像游动了起来，并不时地翻腾跳跃，搅得浪花荡漾，水珠四射。更为神奇的是，喷起的水柱，在空中聚成了一个四边的方型。设计巧妙，图形各异，漂亮非常，令人称奇叫绝。且寓意为“风升水起”，代表好运和富贵。,21,生活中的共振现象,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。,22,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,23,军队过桥便步走，火车过桥慢行,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,24,1940年，美国的全长860米的塔柯姆大桥在建成后的4个月就因风共振而倒塌,生活中的共振现象,25,1890年， 一艘名叫“马尔波罗号”帆船在从新西兰驶往英国的途中，突然神秘地失踪了 20年后，人们在火地岛海岸边发现了它奇怪的是：船上的东西都原封未动完好如初船长航海日记的字迹仍然清稀可辨；就连那些死已多年的船员，也都“各在其位”，保持着当年在岗时的“姿势”。,1948年初，一艘荷兰货船在通过马六甲海峡时，一场风暴过后，全船海员莫名其妙地死光。 在匈牙利鲍拉得利山洞入口， 3名旅游者齐刷刷地突然倒地，停止了呼吸,26,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。,27,五、共振的应用和防止,2、共振的防止,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。 （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。,28,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,29,小结:,1.受迫振动：物体在外界驱动力作用下的振动,2.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.驱动力的频率接近物体的固有频率时，受迫 振动的振幅增大，这种现象叫做共振。,4.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,5.简谐运动、阻尼振动与受迫振动的区别,30,简谐运动、阻尼振动与受迫振动的区别 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。三者对比列表如下：,31,32,特别提醒： (1)阻尼振动中振幅虽逐渐减小，但振动的频率不会变化，此频率称为固有频率，由振动系统决定。 (2)受迫振动中，若驱动力给系统补充的能量与系统因振动阻尼消耗的能量相等，物体做等幅振动，但此振动不是简谐运动,33,1. 如图所示，是用来测量各种发动机转速的转速计原理图。在同一铁支架NM上焊有固有频率依次为80Hz、60Hz、40Hz、20Hz的四个钢片a、b、c、d。将M端与正在转动的电动机接触，发现b钢片振幅最大，则a、b、c、d此时振动频率为_ ， 电动机转速为_r/min 。,3600,60Hz,课 堂 练 习,34,2.如图所示演示装置，一根张紧的水平绳上挂着四个单摆，让b摆摆动，其余各摆也摆动起来，可以发现（ ） A. a 摆摆动周期最短 B. c 摆摆动周期最长 C.各摆摆动的周期均与b摆相同 D. d 摆振幅最大,CD,课 堂 练 习,35,3.两个弹簧振子，甲的固有频率为f，乙的固有频率为4f，当它们均在频率为2f的驱动力作用下做受迫振动时，则 （ ） A、甲的振幅较大，振动频率为f B、乙的振幅较大，振动频率为4f C、甲的振幅较大，振动频率为2f D、乙的振幅较大，振动频率为2f,C,36,4.下列哪些实例中要应用共振?哪些实例中要防止共振? A.跳水运动员从跳板后端走向前端的过程中 B.跳水运动员做起跳动作的“颠板”过程 C.轮船在风浪中行驶时 D.制作小提琴的音箱时,应用共振的有：BD；防止共振的有：AC,37,5.如图所示为单摆做受迫振动时的共振曲线，从图可知该单摆振动的固有频率为 Hz，在驱动力的频率由0.4Hz增大到0.6Hz的过程中，单摆振动的振幅变化情况是_ ,其摆长是_. (g=10m/s2),先增大后减小,0.5,0.5,1m,38,6、汽车的车身是装在弹簧上的，如果这个系统的固有周期是1.5s，汽车在一条起伏不平的路上行驶，路上各凸起处大约都相隔8m，汽车以多大速度行驶时，车身上下颠簸得最剧烈？,39,7、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，而用手向下拉振子小球m，放开手后，让小球上下自由振动测得弹簧振子做30次全振动所用的时间是15s；如果匀速转动把手，也可使弹簧振子上下振动若使把手以转速n30r/min匀速转动当弹簧振子的振动达到稳定后，它的振动周期是_s若要想使弹簧振子的振幅达到最大，则把手的转速应为_r/min.,40,8、如图所示是一个单摆的共振曲线，求： （1）单摆的摆长L（g取9.8m/s2） （2）若摆长减小，共振曲线的峰将怎样移动？为什么？,41,作业,42,