高二物理选修3-4第一章第四节

1.4阻尼振动受迫振动•知识与技能•1．知道阻尼振动和阻尼振动中能量转化的情况。•2．知道什么是受迫振动及其产生的条件，掌握物体做受迫振动的特点。•3．认识共振现象，掌握产生共振现象的条件。•过程与方法•1．理解物体做受迫振动时其频率跟驱动力频率的关系，以及两者接近时的振动特点。•2．体会共振在生活中的应用和危害。•情感态度与价值观•培养学生把理想模型转换为实际模型的能力和习惯，并从事例中进一步理解受迫振动。•1.如果振动系统不受外力的作用，此时的振动叫做________振动，其振动频率称为________。•2．系统克服阻尼的作用要做功，消耗________，因而振幅________，最后停下来。这种振幅________的振动，叫做阻尼振动。自由固有频率机械能减小逐渐减小•3．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，使系统的振动维持下去。这种周期性的外力叫做________，系统在________作用下的振动叫做________振动。•4．受迫振动的频率总等于周期性________的频率，与系统的固有频率________。•5．驱动力频率f________系统的固有频率f0时，受迫振动的振幅最大，这种现象叫做________。驱动力驱动力受迫振动驱动力无关等于共振一.自由振动及其图象：1、自由振动（无阻尼振动）:系统不受外力作用，也不受任何阻力，只在自身回复力作用下的振动称为自由振动。2、自由振动的频率，叫做系统的固有频率。自由振动的周期叫做系统的固有周期。弹簧振子：单摆：固有周期和固有频率：由系统本身的特征决定，与振幅无关。等幅振动gl2πT＝kmTπ＝21、阻尼振动：系统振动过程中受到阻力作用，振动逐渐消失，振动能量逐步转变为其他能量。这种振动叫做阻尼振动。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。4、实际的振动一定是阻尼振动二、阻尼振动及其图象：3、阻尼振动过程中：周期和频率不变。•对应练习•1．一单摆在空气中振动，振幅逐渐减小，下列说法正确的是()•A．机械能逐渐转化为其他形式的能•B．后一时刻的动能一定小于前一时刻的动能•C．后一时刻的势能一定小于前一时刻的势能•D．后一时刻的机械能一定小于前一时刻的机械能AD思考：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。怎样才能使受阻力的振动的物体的振幅不变，而一直振动下去呢？1、驱动力（又叫策动力）：维持受迫振动的周期性外力2、受迫振动：物体在外界驱动力作用下的振动三、受迫振动思考：物体做受迫振动时,振动稳定后的频率与什么有关?三、受迫振动受迫振动实例：①跳板在人走过时发生的振动②机器底座在机器运转时发生的振动③听到声音时耳膜的振动④电磁打点计时器的振针所做的振动⑤轮船航行时要看波浪的撞击方向而改变速度和大小⑥洗衣机正常工作时的振动。实际生活中持续振动的例子都是受迫振动物体做受迫振动时,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。三、受迫振动3、规律：三、受迫振动物体做受迫振动的振幅由驱动力频率和物体的固有频率共同决定：两者越接近，受迫振动的振幅越大，两者相差越大受迫振动的振幅越小。受迫振动的振幅由什么决定呢？1.定义:当驱动力的频率跟物体的固有频率相等时，受迫振动的振幅最大，这种现象叫共振。2.条件：f驱=f固3.共振曲线:①当f驱=f固时，振幅由最大值。②f驱与f固越接近，受迫振动的振幅越大，f驱与f固相差越远，受迫振动的振幅越小③发生共振时，一个周期内，外界提供的能量等于系统克服阻力做功而消耗的能量。四、共振横轴：表示驱动力的频率纵轴：表示受迫振动的振幅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。生活中的共振现象军队过桥便步走,火车过桥慢行1940年11月7日美国的全长860米的Tocama悬索桥因在建成后的4个月就因风共振而坍塌。生活中的共振现象微波炉加热原理:食物中水分子的振动频率约为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。生活中的共振现象声音的共振现象——共鸣生活中的共振现象共鸣箱共振筛的原理示意图生活中的共振现象龙洗盆古代用以盛水盥洗的器皿。传说是明朝开国皇帝朱元璋为不爱洗脸的独生子，召集全国的能工巧匠打制而成，为皇子的专用洗盆。后成为皇亲国戚、才子佳人赏玩之物（中央电视台《中国一绝》栏目曾介绍过），宫中奇宝，后来流落民间。若以手摩擦两耳得法，产生共振，即可泛起水花，景象十分别致，后成为一种民间娱乐用品。经现代振动与波的理论分析和实验研究，这是薄壳圆柱体自激振荡时的不同振型所致。“龙洗”是我国著名文物之一,现代工艺制作的仿品，在许多旅游景点均可见到,“龙洗”也称“金盆洗手”、“聚宝盆”，用青铜铸成。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.生活中的共振现象龙洗盆共振的防止和应用1、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。2、应用使驱动力的频率接近或等于振动物体的固有频率。为什么：登山运动员登山时严禁大声喊叫??因为喊叫声中某一频率若正好与山上积雪的固有频率相吻合，就会因共振而引起雪崩，其后果十分严重。1.如图所示，五个摆悬挂于同一根绷紧的水平绳上，A是摆球质量较大的摆，让它摆动后带动其他摆运动，下列结论正确的是（）A．其他各摆的振动周期与A摆的相同B．其他各摆的振动周期不同，D摆周期最大C．其他各摆的振幅不同，E摆的振幅最大D．其他各摆的振幅都相等2.火车在铁轨上匀速行驶，每根铁轨长12.5m，某旅客在小桌上放了一杯水，杯中水晃动的固有频率是2Hz当火车行驶速度多大时，杯中水的晃动最厉害?解：驱动力的周期为L/v,则驱动力的频率f驱=v/L，由共振条件：f驱=f固知v=f固L=25m/s=90km/h小结2、受迫振动：物体在周期性驱动力作用下的振动。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、共振:当驱动力的频率跟物体的固有频率相等时，受迫振动的振幅最大，这种现象叫共振。1、阻尼振动：振幅(能量)逐渐减小的振动。A、利用共振时：应使驱动力的频率f接近或等于振动物体的固有频率f0B、防止共振时：应使驱动力的频率f与物体的固有频率f0不同，而且相差越大越好