高中物理 1.6 迫振动 共振 粤教版选修3-4

1、目标导航,预习导引,目标导航,预习导引,一,二,三,一、受迫振动 1.等幅振动:简谐运动是实际振动的理想化模型,只要提供给振动系统一定的能量,使它开始振动,由于系统的机械能守恒,振子就以一定的振幅永不停止地振动下去,这种振动叫做等幅振动。 2.阻尼振动:在实际的振动系统中,除了受到回复力以外,还受到摩擦力和其他阻力,系统由于要克服阻力做功,机械能就会损耗,所以系统的机械能随着时间逐渐减少,振动的振幅也逐渐减小,最终停止振动。这种振幅逐渐减小的振动,叫做阻尼振动,也叫减幅振动。 3.受迫振动:用周期性的外力作用于振动系统,外力对系统做功,补偿系统的能量损耗,使系统持续地振动下去,这种周期性的外力

2、叫做驱动力,物体在外界驱动力作用下的振动叫做受迫振动,目标导航,预习导引,一,二,三,二、共振 1.共振:驱动力频率等于物体的固有频率时,受迫振动的振幅最大,这种现象叫做共振。 2.共振曲线:如图所示,共振曲线的横坐标为驱动力的频率,纵坐标为受迫振动物体的振幅。 共振曲线直观地反映出了驱动力的频率对受迫振动物体振幅的影响,由共振曲线可知,当驱动力的频率与物体的固有频率相等时,受迫振动的振幅最大,目标导航,预习导引,一,二,三,三、共振的利用和防止 1.共振的利用 (1)特点:在应用共振时,应使驱动力频率接近或等于振动系统的固有频率,振动将更剧烈。 (2)实例:转速计、共振筛。 2.共振的防止

3、(1)特点:在防止共振时,驱动力频率与系统的固有频率相差越大越好。 (2)实例:部队过桥时用便步;火车过桥时减速;轮船航行时,改变航向或航速。目的都是使驱动力的频率远离物体的固有频率,目标导航,预习导引,一,二,三,一洗衣机在正常工作时非常平稳,当切断电源后,发现洗衣机先是振动越来越剧烈,然后振动再逐渐减弱,对这一现象讨论解释为什么。 提示 洗衣机正常工作时,波轮运转频率大于它的固有频率,当切断电源后,运转频率变小,当变到等于固有频率时发生共振,洗衣机振动最剧烈,一,二,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,一、阻尼振动 1.从能量角度来看,实际的振动都是阻尼振动。由于摩擦和介质阻力做负功,

4、系统的机械能转化为内能等其他形式的能,机械能的总量减少,如果没有能量补充,最终振动要停下来,这就是阻尼振动。 2.阻尼振动中振幅虽然逐渐减小,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。 3.实际的振动严格来说都是阻尼振动,要使振幅恒定,可定期补充能量,如机械摆钟,一,二,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,根据你对阻尼振动的理解,说说同一简谐运动的能量大小由什么物理量决定。 答案:同一简谐运动的能量大小由振幅大小决定,一,二,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,例1】 (多选)如图所示是一个弹簧振子做阻尼振动的振动图象,曲线上A、B两点的连线与横轴平行,下列说法正确的是

5、()(导学号51150013) A.振子在A时刻的动能等于B时刻的动能 B.振子在A时刻的势能等于B时刻的势能 C.振子在A时刻的机械能等于B时刻的机械能 D.振子在A时刻的机械能大于B时刻的机械能,一,二,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,思路分析解答本题时应注意以下两点:(1)振幅的大小反映弹簧振子的能量大小;(2)振子的势能与振子的位移大小有关。 解析:由于弹簧振子做阻尼振动,所以A时刻的机械能大于B时刻的机械能,选项C错误,D正确;由于振子的势能与振子的位移有关,所以选项B正确;振子在A时刻的动能大于B时刻的动能,选项A错误。 答案:BD,一,二,知识精要,思考探究,典题例解,迁

6、移应用,一,二,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,一,二,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,多选)下列说法正确的是() A.阻尼振动必定有机械能损失 B.物体做阻尼振动时,由于振幅减小,频率也随着减小 C.物体做阻尼振动时,振幅虽然减小,但是频率不变 D.做阻尼振动的物体,振动频率仍由自身结构特点决定 答案:ACD 解析:做阻尼振动的物体,其振幅不断减小,所以其机械能也在不断减小,即必定有机械能损失,但其频率由自身结构特点决定,与振幅无关,所以其频率不变,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,二、受迫振动与共振 1.从受力角度:振动物体所受驱动力的方向跟它的运动方向相同时,驱动力对

7、它起加速作用,使它的振幅增大,驱动力的频率跟物体的固有频率越接近,使物体振幅增大的力的作用次数就越多,当驱动力频率等于物体的固有频率时,它的每一次作用都使物体的振幅增加,从而使振幅达到最大。 2.从功能关系角度:驱动力频率越接近物体的固有频率,驱动力与物体运动一致的次数越多,驱动力对物体做的正功越多,振幅就越大。当驱动力频率等于物体的固有频率时,驱动力始终对物体做正功,使振动能量不断增加,振幅不断增大,直到增加的能量等于克服阻尼作用损耗的能量时,振幅才保持不变,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,例2】 (多选) 如图所示,在一条张紧的绳上挂7个摆,先让A摆振动起来,则其余各摆也随之振动。已

8、知A、B、F三摆的摆长相同,则下列判断正确的是() (导学号51150014) A.7个摆的固有频率都相同 B.振动稳定后7个摆的振动频率都相同 C.B、F摆的摆长与A摆相同,它们的振幅最大 D.除A摆外,D、E摆离A摆最近,它们的振幅最大,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,思路分析解答本题时应注意以下两点: (1)固有频率由振动物体本身的结构(摆长)决定,而物体做受迫振动时,其振动频率等于驱动力的频率,与固有频率无关。 (2)驱动力的频率与物体的固有频率越接近,受迫振动的振幅越大。 解析:7个摆的摆长不完全相同,固有频率不完全相同,选项A错误;A摆振动起来后,带动其余6个摆做受迫振动,振动稳定后7个摆的振动频率都相同,选项B正确;B、F摆的摆长与A摆相同,发生共振,振幅最大,选项C正确,D错误。 答案:BC,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,在飞机的发展史中有一个阶段,飞机上天后不久,飞机的机翼很快就抖动起来,而且越抖越厉害,后来人们经过了艰苦的探索,利用在飞机机翼前缘处装置一个配重杆的方法解决了这一问题,在飞机机翼前装置配重杆的主要目的是() (导学号51150015) A.加大飞机的惯性 B.使机体更加平衡 C.