第4节生活中的振动

1、生活中的振动,山东省济钢高级中学 刘金鹏,引入新课：通过前面的学习，我们认识了两种典型的简谐运动：弹簧振子和单摆。,1.简谐运动是等幅振动。 2.简谐运动中动能和势能发生相互转化，总机械能保持不变，即机械能守恒。 3.振动系统的总机械能与振幅有关，振幅越大，总机械能越大。,塔 科 马 悬 索 桥 的 垮 塌,第4节 生活中的振动,在实际生活中，我们经常发现有的往复运动很快停止，如我们做弹簧振子、音叉的实验时，振动几次后就停下来.,一、阻尼振动,1.阻尼振动：振幅不断减小的振动 2.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。 3.阻尼振动的图像： 4.实际的自由振动

2、一定是阻尼振动。,用什么方法才能得到持续的振动呢？,方法一：减小阻力 通过给齿轮转轴上润滑油，减小阻力。,方法二：提供外力 通过给钟摆上弦，给摆持续的周期性的外力对系统做正功，补偿系统机械能的损耗，使系统持续的振动下去。,用周期性的外力作用于振动系统，通过外力对系统做正功，补偿系统机械能的损耗，使系统持续地振动下去。,二、受迫振动,1.受迫振动：在周期性外力作用下的振动 2.驱动力：作用在振动系统上的周期性外力,请你举出生活中受迫振动的例子,自由状态下，振动物体的固有频率是由振动物体本身的性质决定的。那么,受迫振动的频率是否也是由振动物体本身性质决定的呢?,思考：,实 验 研 究,影响受迫振动

3、周期的因素,实验步骤： （1）让弹簧振子做自由振动，测量它的固有周期，并且记录在表格中。 （2）然后转动摇把，记录下摇把转动的周期，待弹簧振子振动稳定后，记录下弹簧振子的振动周期。 （3）改变摇把的转速，重复上述实验步骤，再记录两组数据。,实验结论：物体做受迫振动时，振动稳定后的周期或频率总等于驱动力的周期或频率，与物体的固有周期或频率无关。,数据处理：,物体做受迫振动的振幅是否也只与外力的大小有关,而与振动物体的固有频率无关呢?,思考：,发现问题：做上述实验的时候，弹簧振子的振幅有时大有时小。这是为什么呢？,共振摆实验,分组实验：“探究物体做受迫振动时，固有周期与振幅的关系”,实验器材：摆的

4、共振演示器,实验步骤： 1、首先使所有的小球保持静止状态。 2、轻轻拉动中间的大球使大球做单摆运动。 3、等小球摆动稳定时，观察受迫振动的小球的振幅。 4、重复三次实验，得出结论。,实验结论：物体做受迫振动时，驱动力的周期（或频率）与物体的固有周期（或固有频率）相差越小，受迫振动的振幅越大。当驱动力的周期（或频率）与物体的固有周期（或固有频率）相等时，受迫振动的振幅达到最大。,三、共 振,1.共振：驱动力的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.特点：驱动力的频率接近或等于物体的固有频率时，受迫振动的振幅越大；驱动力的频率跟固有频率相差越大，受迫振动的振幅越小。

5、3.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,四、共振的利用和防止,1.共振的利用 （1）鱼洗盆,（2）共鸣箱 一些乐器利用共振来提高音响效果,声音的共振现象叫做共鸣,声音的共振现象叫做共鸣,声音怎么会将酒杯震碎?,声音的共振现象,声音怎么会将酒杯震碎?,声音的共振现象,2.共振的防止 军队过桥时要放慢速度或便步走 1906年，一队俄国士兵迈着整齐的步子，踏上了圣彼得堡附近的丰坦卡大桥。突然，大桥坍塌了，桥上的士兵全都坠落下去，非死即伤，损失惨重。 其实都是共振惹得祸。士兵列队齐步走的频率与大桥的固有频率相同，引起大桥发生共振，剧烈的振荡导致大桥解体。,孟姜女哭长城,在需要利

6、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。 在需要防止共振时, 应使驱动力的频率与振动物体的固有频率不同,而且相差越大越好。,小 结,1.阻尼振动：振幅越来越小的振动 2.受迫振动：物体在外界驱动力作用下的振动 3.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。 4.共振：驱动力的频率等于振动系统的固有频率时，受迫振动的振幅增大，这种现象叫做共振。 5.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振动物体的固有频率不同，而且相差越大越好。,1、汽车的车身是装在弹簧上的，如果它的固有周期是1.5s，汽车在一

7、条起伏不平的路上行驶，路上各凸起处相隔的距离都大约是8m，汽车以多大的速度行驶时车身的起伏振动最激烈？,当堂检测：,解析：汽车在起伏不平的公路上行驶时，当路面对汽车的驱动力频率等于弹簧的固有频率时，车身产生共振，振动得最激烈,2、如图所示为某物体做受迫振动时的共振曲线，从图可知该物体振动的固有频率为_Hz，在驱动力的频率由150Hz增大到250Hz的过程中，物体振动的振幅变化情况 .,200,先增大后减小,小结本节 （1）当振动物体的能量逐渐减小时，振幅也随着减小，这样的振动叫阻尼振动； （2）振幅保持不变的振动叫等幅振动； （3）物体在驱动力作用下的振动是受迫振动，受迫振动的频率等于驱动力的频率； （4）当驱动力的频率等于物体的固有频率时，受迫振动振幅最大的现象叫共振；共振在技术上有其有利的一面，也存在不利的一面；有利的要尽量利用，不利的要尽量防止。,（2）共鸣箱 一些乐器利用共振来提高音响效果,（3）收音机利用电磁的共振进行选台,声音的共振现象叫做共鸣,1.支持火车车厢的弹簧的固有频率为2Hz，行驶在每节铁轨长10米的铁路上，则当运行速度为 _ m/s时，车厢振动最剧烈。,20m/s,2共振筛是用4根相同的弹簧支起来的，筛子上装有1个电动偏心轮，它每转1周，给筛子1个驱动力，这样就做成了1个共振筛。筛子做自由振动时，完成10次全振动用时15s，在某电压下，电动偏心轮的转速