鲁科版 (2019)选择性必修 第一册第5节 生活中的振动课前预习课件ppt

这是一份鲁科版 (2019)选择性必修 第一册第5节 生活中的振动课前预习课件ppt，共60页。PPT课件主要包含了阻尼振动，受迫振动与共振，共振的应用与防止等内容，欢迎下载使用。

振动现象在自然界和日常生活中广泛存在。弹簧振子和单摆皆属于理想模型，振动过程中系统的机械能守恒，振幅不变。然而，实际生活中的各类振动，往往存在振动阻力或其他外力的影响。这种情况下，物体振动有怎样的特点呢?本节我们将学习阻尼振动、受迫振动以及共振的相关知识，
对于一个振动系统，若振动物体偏离平衡位置后，仅在回复力作用下振动，这种振动就是自由振动。在实际振动过程中，由于存在阻力，振动物体需不断克服阻力做功，系统的机械能不断减小，导致振幅不断减小，直至停止振动。物理学中，把振幅不断减小的振动称为阻尼振动。
图 2-25是一种阻尼振动装置及其振动图像，
由于水的阻力作用，物体的振幅逐渐减小
在生产生活中，如果想让物体尽快停止振动，需增大阻力。
汽车在凹凸不平的路面行驶时会发生剧烈振动
通过减震器增大阻力，可使振动迅速衰减。
仪表的指针在指示测量结果时常左右摆动，很难准确读数。可让指针摆动时受到适当的阳力，使之迅速停下来，以便于读数。
有时我们希望物体在某一段时间内可持续振动，则应减小阻力。例如，我们隔一段时间对摆钟进行清洗，并在轴承中加润滑油，这都是为了减小阻力。
在实际的振动过程中，阻力总是客观存在的，只能设法减小而不能完全消除。所以实际的振动如果没有能量的不断补充，最终会停下来。为了获得稳定的振动，通常需要给振动物体施加一个周期性的外力。
例如，通电后，电磁打点计时器的振动片在永久磁铁的周期性外力作用下才会上下振动。这种周期性的外力称为驱动力(或强迫力)。在周期性外力作用下产生的振动称为受迫振动。
受迫振动的周期和振幅遵循什么规律呢?①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;②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。
影响受迫振动周期的因素安装好实验装置(图2-27)。
匀速转动摇把，摇把对弹簧振子施加周期性的驱动力，使振子做受迫振动，驱动力的周期与摇把转动的周期相同。先让弹簧振子做自由振动，测量它的固有周期。然后转动摇把，记录摇把转动的周期。
待弹簧振子振动稳定后，再记录弹簧振子做受迫振动的周期。改变摇把的转速，重复上述实验步骤。将弹簧振子做受迫振动的周期与弹簧振子的固有周期、摇把转动的周期进行比较，找出弹簧振子做受迫振动的周期变化规律。
共振现象在支架上拴一条水平细绳，绳上间隔悬挂一些单摆(图2-28)，其中摆A和摆D的摆长相等(固有周期相同)。
将摆A拉离平衡位置，由静止释放后，摆A的摆动通过张紧的细绳对其他摆施加了一个周期性驱动力，且驱动力的周期等于摆A的固有周期，其他摆在此驱动力的作用下做受迫振动。
一段时间后，可发现固有周期与摆4周期相差越小的摆振幅越大，与摆A周期相同的摆D的振幅最大。
上述实验表明，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)当相差越小，受迫振动的振幅就越大(图2-29)。
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
荡过秋千的人都有这种经验:轻推一下使它微微摆动后，只要按照它的固有频率周期性地施加推力，尽管每次的推力都很小，经过-段时间，秋千也会荡得很高(图2-30)。这是为什么?请与同学讨论交流。
在生产生活中，共振现象很常见。路面共振破碎机音叉共鸣箱
路面共振破碎机用于旧水泥路面的破碎
音叉共鸣箱(图 2-32)也是应用共振的一个典型例子。
共鸣是一种声共振现象。一些乐器如吉他、二胡、小提琴等，为增大音量，都带有一个共鸣箱。
利用共振粗略测量机器振动频率如图 2-33 所示，把一些固有频率不同的钢片装在同一个支架上，可制成能粗略测量机器振动频率的装置。
将该装曼与工作着的机器紧密接触，机器的振动会引起固有频率与机器振动频率最接近的那个钢片产生较大的振幅。读出这个钢片的固有频率，就可粗略了解机器的振动频率。
有些情况下共振会造成严重后果。例如，轮船航行时，常会受到周期性的海浪冲击而摆动，如果海浪冲击力的频率与轮船的固有频率相同，就会发生共振，轮船可能会剧烈摇摆甚至倾覆。
人们常通过改变轮船的航向和速率，使海浪冲击力的频率与轮船的固有频率相差很大，以此防止共振发生。
集体列队经过桥梁时要便步走，以防对桥梁形成的周期性驱动力使桥梁发生共振。
许多机电设备，如车床、磨床、电锯等，工作时都会伴随不同程度的振动，要防止它们产生共振现象。
科学研究表明，人体各个部位的固有频率不同如大脑的固有频率为8-12Hz，人的内脏器官的固有频率为4~8Hz。人们在生产生活中接触的各种外界振动源，很容易引起人体器官的共振，对人体造成伤害。因此，接近振动源时，应该设法防止共振对身体造成不良影响.
能认识简谐运动的特征，能用公式和图像指述简谐运动，知道单据周期与据长、重力加速度的定量关系，能了解受迫振动、共振等的内涵;能说明与简谐运动、受迫振动及共振有关的生产生活中的一些应用实例，能解释一些机械振动现象。
具有与机械振动相关的运动观念、相互作用观念和能量观念。--物理观念
塔科马海峡大桥的垮塌桥梁，特别是悬索桥，很容易受到风力的侵害。1940年，美国建成了塔科马海峡大桥。然而，几个月后，该桥在实际风速不到设计风速限值三分之-的风力袭击下遭到破坏而垮塌(图2-34)
从目击者的描述及拍摄的影像可看出，李故的原因是风力引起的强烈振动。这事故使人们更加重视建筑的风致振动问题。
1.我国古代有不少巧妙利用共振现象的记录:例如，在《墨子》中记载:“令陶者为婴，容四十斗以上，国顺之以蒋辂草，翼并中，俊聪耳者伏婴而听之，审知穴之所在，凿穴迎之。”请查询相关内容，谈谈你对此段话的理解。
2.某单摆做阻尼振动的振动图像如图所示。请根据图像比较4、B 对应时刻，摆球具有的动能、重力势能和机械能的大小，并说明理由
3.正在运转的机器，当其飞轮以角速度ω。匀速转动时，机器的振动并不强烈;切断电源，飞轮的转动逐渐慢下来，在某一小段时间内机器却发生了强烈的振动;此后，飞轮转速继续变慢，机器的振动也随之减弱。
在机器停下来之后，若重新启动机器使飞轮转动的角速度从0较缓慢地增大到 ω0，在这一过程中A.机器不一定会发生强烈振动B.机器一定会发生强烈振动C.若机器发生强烈振动，则当时飞轮角速度为ω0 。D.若机器发生强烈振动，则当时飞轮角速度肯定小于 ω0
4.一弹簧振子做受迫振动时的振幅与驱动力频率的关系如图所示。下列说法正确的是A.假如让振子自由振动，它的频率为f2B.驱动力的频率为f2时，振子处于共振状态C.驱动力的频率为f3时，振子的振动频率为f3 D.振子做自由振动时，频率可能为f1、f2和f3
5.在接近收费口的道路上安装了若千条凸起于路面且与车辆行驶方向垂直的减速带，减速带间距为10m，当车辆经过减速带时会产生振动。若某汽车的固有频率为1.25 Hz，当该车以多大速度行驶在此减速区时颠簸得最厉害?
6.上海中心大厦高632m，上面安装有重达1000 t的风阻尼器请查阅相关资料，了解它的作用及工作原理
1.如图所示，把一个筛子用弹簧支起来，筛子上有一个电动偏心轮，它每转一周，会给筛子一个驱动力，这样就做成了一个共振筛。筛子做自由振动时，完成10次全振动用时15s在某电压下，电动偏心轮的转速是36 r/min。
已知增大电压可使偏心轮的转速提高，增加筛子质量可使筛子的固有周期增大。要使筛子的振幅增大，可采用哪些方法?请说明理由。
2.如图所示，装有砂粒的试管竖直静浮于水中。将试管竖直提起少许，然后由静止释放并开始计时，在一定时间内试管在竖直方向近似做简谐运动。
若取竖直向上为正方向，下列描述试管振动的图像可能正确的是
3.某质点做简谐运动。从该质点经过某一位置时开始计时，则A.当质点再次经过此位置时，经过的时间为一个周期B.当质点的速度再次与零时刻的速度相同时，经过的时间为一个周期
C.当质点的加速度再次与零时刻的加速度相同时，经过的时间为一个周期D.当质点经过的路程为振幅的4倍时，经过的时间为一个周期
5.一水平弹簧振子做简谐运动，其位移随时间变化的关系如图所示(1)求t=0.25×10-2s时的位移
(2)从t=1.5×10-2s到t=2×10-2s这段时间内，振子的位移、受到的回复力、速度、动能和弹簧的弹性势能如何变化?(3)从t=0到t=8.5×10-2s这段时间内，质点的路程为多大?
6.一竖直悬挂的弹簧振子，下端装有一记录笔，在竖直面内放置一记录纸。
当振子上下振动时，以速率v水平向左拉动记录纸，记录笔在纸上留下如图所示的图像。y1、y2、x0、2x0为纸上印迹的位置坐标。求该弹簧振子振动的周期和振幅。
7.将一单摆竖直悬挂于一深度未知且开口向下的小筒中单摆的下部露于筒外，如图(a)所示。
将摆球拉离平衡位置一个小角度后由静止释放，设单摆摆动过程中悬线不会碰到筒壁。如果本实验的长度测量工具只能测量筒的下端口到摆球球心的距离l，并通过改变l测出对应的摆动周期 T，作出T2-l图像，那么可通过此图像得出小筒的深度x和当地的重力加速度g。
(1)若有游标卡尺、秒表、天平、毫米刻度尺几种测量工具，则本实验所需的测量工具为_________(2)实验中所得到的T2-l图像应是如图(b)所示 a、b、c 中的___________
(3)由图像可知，小筒的深度x=_________m，当地的重力加速度g=_________m/s2
8.21 世纪，正在蓬勃发展的信息技术、纳米材料、航天科学技术等大量应用了共振技术。请同学们通过网络、图书馆查阅相关资料，找出几个与共振有关的典型例子，写一篇科技论文，然后相互交流。
9.如图所示，弹簧的一端固定，另一端连接一个物块(可视为质点)，弹簧质量不计。物块的质量为 m，在水平桌面上沿x轴运动。以弹簧原长时物块的位置为坐标原点O，当弹簧的伸长量为x时，物块所受弹簧弹力大小F=kx，h为常量。
(1)请画出F随x变化的图像，并根据F-x图像求物块沿x轴从点O运动到位置x的过程中弹力所做的功。(2)物块由x1向右运动到x3，然后由x3返回到x2 。求在这个过程中弹力所做的功及弹性势能的变化量。