第7节 受迫振动 共振精选PPT.ppt
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1、第第7节节 受迫振动受迫振动 共共振振黄冈中学网校达州分校第1页,本讲稿共44页第2页,本讲稿共44页黄冈中学网校达州分校物理与生活1831年,一队骑兵通过曼彻斯特附近一座便桥年,一队骑兵通过曼彻斯特附近一座便桥时,致使桥断裂时,致使桥断裂(如图如图978甲所示甲所示)用一台声波发生器向一玻璃酒杯发生频率连续用一台声波发生器向一玻璃酒杯发生频率连续变化的声波,某一时刻,酒杯突然破裂变化的声波,某一时刻,酒杯突然破裂(如图如图978乙所示乙所示)思考讨论思考讨论 怎样怎样 解释上述物理现象解释上述物理现象?第3页,本讲稿共44页黄冈中学网校达州分校知识详解知识详解知识点知识点1 受迫振动受迫振动
2、 1受迫振动受迫振动 (1)自由振动,给振动系统一定能量,使它开始自由振动,给振动系统一定能量,使它开始振动,这样的振动叫做自由振动,自由振动的周振动,这样的振动叫做自由振动,自由振动的周期是系统的固有周期期是系统的固有周期 例如:把弹簧振子拉离平衡位置后松手,弹簧振例如:把弹簧振子拉离平衡位置后松手,弹簧振子的振动就是自由振动子的振动就是自由振动第4页,本讲稿共44页黄冈中学网校达州分校(2)驱动力:使系统能持续振动下去的周期性驱动力:使系统能持续振动下去的周期性的外力叫做驱动力的外力叫做驱动力 受迫振动:物体在外界驱动力作用下的振动叫受迫振动:物体在外界驱动力作用下的振动叫做受迫振动做受迫
3、振动 驱动力的作用:对振动系统做功,为振动系统驱动力的作用:对振动系统做功,为振动系统补充能量补充能量第5页,本讲稿共44页黄冈中学网校达州分校2受迫振动的周期和频率受迫振动的周期和频率 物体做受迫振动时,振动稳定后的频率等于驱物体做受迫振动时,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动力的频率,跟物体的固有频率无关 即即f受受=f驱驱3受迫振动中机械能不守恒受迫振动中机械能不守恒受迫振动中驱动力做功是为了补偿因阻尼作用受迫振动中驱动力做功是为了补偿因阻尼作用而损失的机械能故受迫振动在一个周期内每而损失的机械能故受迫振动在一个周期内每时每刻的机械能都在减少,因此机械能不守恒时每刻
4、的机械能都在减少,因此机械能不守恒第6页,本讲稿共44页黄冈中学网校达州分校知识点知识点2 共振共振 1受迫振动中驱动力的变化周期受迫振动中驱动力的变化周期(频率频率)与振与振动系统固有频率的关系动系统固有频率的关系(1)物体做受迫振动的频率与物体的固有频率物体做受迫振动的频率与物体的固有频率无关无关(2)一般来说物体做受迫振动的频率一般来说物体做受迫振动的频率f驱驱与物体与物体的固有频率的固有频率f固固不同不同.它们具有差值它们具有差值f=|f固固f驱驱|,其差值,其差值f的大小影响着振动的振幅的大小影响着振动的振幅(3)f越小,做受迫振动的振幅越大越小,做受迫振动的振幅越大第7页,本讲稿共
5、44页黄冈中学网校达州分校2共振共振 当驱动力的频率接近物体的阗有频率时,受追当驱动力的频率接近物体的阗有频率时,受追振动的振幅增大,这种现象叫做共振振动的振幅增大,这种现象叫做共振 共振条件:共振条件:f固固f驱驱 如图如图979所示,是一条共振曲线,横轴表示所示,是一条共振曲线,横轴表示驱动力的频率纵轴表示受迫振动的振幅图驱动力的频率纵轴表示受迫振动的振幅图象表示做受迫振动物体的振幅随驱动力频率变象表示做受迫振动物体的振幅随驱动力频率变化的关系从图象可看出,当驱动力不论从小化的关系从图象可看出,当驱动力不论从小于于f固固的方向增大而接近的方向增大而接近f固固或从大于或从大于f固固的方向减的
6、方向减小而接近小而接近f固固,受迫振动的振幅会迅速增大,而,受迫振动的振幅会迅速增大,而出现共振现象出现共振现象第8页,本讲稿共44页黄冈中学网校达州分校第9页,本讲稿共44页黄冈中学网校达州分校3共鸣共鸣声音的共振现象声音的共振现象取两个频率相同的音叉取两个频率相同的音叉A和和B,相隔不远并排,相隔不远并排放置,打击音叉放置,打击音叉A的叉股,使它振动发出声音的叉股,使它振动发出声音音叉音叉A的振动引起周围空气质点的振动产生的振动引起周围空气质点的振动产生声波,而传到音叉声波,而传到音叉B周围,周围,B周围的空气质点周围的空气质点的振动就给音叉的振动就给音叉B以周期性的驱魂力使以周期性的驱魂
7、力使B做受做受迫振动,可用如下形式表示其间关系迫振动,可用如下形式表示其间关系第10页,本讲稿共44页黄冈中学网校达州分校从而可以看出音叉从而可以看出音叉B做受迫振动的频率等于音做受迫振动的频率等于音叉叉A的固有频率的固有频率 但音叉但音叉B的固有频率与音叉的固有频率与音叉A的固有频率相同的固有频率相同这说明音叉这说明音叉B做受迫振动的频率与其固有频做受迫振动的频率与其固有频率相同。率相同。B振动强烈,振幅最大,因此,当用振动强烈,振幅最大,因此,当用手按住音叉手按住音叉A使使A停止振动后,可以听到停止振动后,可以听到B发出发出的声音给的声音给B套有一橡皮套而改变套有一橡皮套而改变B的固有频的
8、固有频率时,率时,B做受迫振动的频率做受迫振动的频率(f固固=fA)与其这时的与其这时的固有频率相差很大,这时固有频率相差很大,这时B振动的振幅很小,振动的振幅很小,能量很小,听不到能量很小,听不到B发出的声音发出的声音第11页,本讲稿共44页黄冈中学网校达州分校像这样,因共振现象使原不发声的音叉像这样,因共振现象使原不发声的音叉B发声发声的现象叫做声音的共鸣的现象叫做声音的共鸣 音叉下面所装的空箱叫做共鸣箱,音叉发声时,音叉下面所装的空箱叫做共鸣箱,音叉发声时,振动的音叉给空箱以周期变化的驱动力作用,振动的音叉给空箱以周期变化的驱动力作用,使空箱发生振动,当空箱的固有频率与所置音使空箱发生振
9、动,当空箱的固有频率与所置音叉的固有频率相同时,共鸣箱发生共鸣,使音叉的固有频率相同时,共鸣箱发生共鸣,使音叉的声音增强叉的声音增强第12页,本讲稿共44页黄冈中学网校达州分校4共振的防止和应用共振的防止和应用(1)共振产生的效果是使振幅增大,振幅增大共振产生的效果是使振幅增大,振幅增大有时会起到破坏作用,有时会给工农业生产以有时会起到破坏作用,有时会给工农业生产以有益的帮助,因此要应用有益的共振,防止有有益的帮助,因此要应用有益的共振,防止有害的共振害的共振(2)利用有益的共振是应使驱动力的频率接近利用有益的共振是应使驱动力的频率接近物体的固有频率物体的固有频率(最好相等最好相等)(3)防止
10、有害的共振是应使驱动力的频率远离防止有害的共振是应使驱动力的频率远离物体的固有频率物体的固有频率第13页,本讲稿共44页第14页,本讲稿共44页黄冈中学网校达州分校1振动能量与振幅的关系振动能量与振幅的关系例例1 如图如图961所示是单摆示意图,下列说法中正确所示是单摆示意图,下列说法中正确的是的是 ()A在平衡位置,摆球的动能和势能均达到最大值在平衡位置,摆球的动能和势能均达到最大值B在最大位移处势能最大,而动能最小在最大位移处势能最大,而动能最小C在平衡位置,绳子的拉力最大,摆球速度最大在平衡位置,绳子的拉力最大,摆球速度最大D摆球由摆球由A运动到运动到C的过程中,的过程中,动能变大,势能
11、变小动能变大,势能变小第15页,本讲稿共44页黄冈中学网校达州分校解析解析单摆振动过程只有重力做功,故系统单摆振动过程只有重力做功,故系统机械能守恒,振动过程为重力势能与动能的相机械能守恒,振动过程为重力势能与动能的相互转化过程在最大位移处,摆球处于最高点,互转化过程在最大位移处,摆球处于最高点,重力势能最大,动能为零;在平衡位置重力势重力势能最大,动能为零;在平衡位置重力势能为最小,动能最大,故选项能为最小,动能最大,故选项A错、错、B对由对由A运动到运动到C的过程中,动能变大,势能变小,选的过程中,动能变大,势能变小,选项项D对小球在平衡位置时,绳的拉力及重力对小球在平衡位置时,绳的拉力及
12、重力的合力提供向心力,而在最低点速度最大,所的合力提供向心力,而在最低点速度最大,所以绳的拉力也最大,选项以绳的拉力也最大,选项C对对 第16页,本讲稿共44页黄冈中学网校达州分校答案答案BCD 点拨点拨单摆从运动轨迹上看作是圆周运动,单摆从运动轨迹上看作是圆周运动,而当其偏角很小时又可以看作是简谐运动,因而当其偏角很小时又可以看作是简谐运动,因此具有此具有“双重身份双重身份”要善于从运动学的角度、要善于从运动学的角度、动力学的角度和能量的角度分析简谐运动动力学的角度和能量的角度分析简谐运动第17页,本讲稿共44页黄冈中学网校达州分校2受迫振动的特点受迫振动的特点 例例2 如图如图962所示,
13、在曲轴上悬挂一个所示,在曲轴上悬挂一个弹簧振子,曲轴不动时让其上下振动,振动周弹簧振子,曲轴不动时让其上下振动,振动周期为期为T1现使把手以周期现使把手以周期T2匀速转动,匀速转动,T2T1,当其运动达到稳定后,则,当其运动达到稳定后,则 ()A弹簧振子的振动周期为弹簧振子的振动周期为T1B弹簧振子的振动周期为弹簧振子的振动周期为T2C要使弹簧振子的振幅增大,要使弹簧振子的振幅增大,可让把手的转速减小可让把手的转速减小D要使弹簧振子的振幅增大,要使弹簧振子的振幅增大,可让把手的转速增大可让把手的转速增大第18页,本讲稿共44页黄冈中学网校达州分校解析解析弹簧振子做受迫振动,其振动周期与弹簧振子
14、做受迫振动,其振动周期与驱动力的周期驱动力的周期(把手匀速转动的周期把手匀速转动的周期T2)相同,相同,为为T2振子的固有周期为振子的固有周期为T1,把手的转速增大,把手的转速增大,转动的周期转动的周期T2越小,当越小,当T2=T1时,弹簧振子发时,弹簧振子发生共振,振幅达到最大,因此选项生共振,振幅达到最大,因此选项B、D正确正确答案答案BD点拨点拨应正确理解和熟练掌握受迫振动的周应正确理解和熟练掌握受迫振动的周期和振幅的特点期和振幅的特点第19页,本讲稿共44页黄冈中学网校达州分校3共振的条件共振的条件 例例3 将一个铁筛四角用四根弹簧支起,筛子上装有将一个铁筛四角用四根弹簧支起,筛子上装
15、有一个电动偏心轮,它每转动一周给筛子提供一次策动一个电动偏心轮,它每转动一周给筛子提供一次策动力已知增大电动偏心轮的输入电压可提高转速;增力已知增大电动偏心轮的输入电压可提高转速;增大筛子质量,可增大筛子的固有周期现已知筛子在大筛子质量,可增大筛子的固有周期现已知筛子在自由振动时完成自由振动时完成10次全振动用了次全振动用了15 s,电动偏心轮转,电动偏心轮转速为速为36 rmin则要使筛子振动的振幅增大,可采则要使筛子振动的振幅增大,可采用的办法是用的办法是 ()A提高电动偏心轮的输入电压提高电动偏心轮的输入电压B降低电动偏心轮的输入电压降低电动偏心轮的输入电压C增大筛子的质量增大筛子的质量
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