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外力作用下的振动(经典)


外力作用下的振动
江苏省睢宁高级中学北校高二物理组

固有振动:T固和f固

振动系统本身决定

一 阻尼振动 (外力阻碍)
1 阻尼振动:振幅逐渐减小的振动 2 阻尼振动的图像: 3 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 实际的自由振动一定是阻尼振动

思考:用什么方法才能得到持续的 振动呢?
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 (外力驱使)
1 驱动力: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
思考:物体做受迫振动时,振动稳定后的频率与 什么有关?

3 受迫振动的特点

f受=f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 此为受迫振动的一般形式,在现实生 活中有很多有趣的特殊情况

生活中的振动现象 有一农场农妇,习惯于用吹笛的方式招 吹笛 呼丈夫回家吃饭,可当她有一次吹笛时,居 然发现树上的毛毛虫纷纷坠地而死,惊讶之 余,她到自己的果园吹了几个小时,一下子 将果树上的毛毛虫收拾的一干二净,究其原 因,还是笛子发出的声音引起毛毛虫内脏发 生剧烈振动而死亡。 剧烈振动

三 共振(受迫振动的特例)
1 概念:驱动力的频率f等于物体的固有频 率f固时,受迫振动的振幅最大,这种现象 叫做共振。 2 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

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


生活中的共振现象

1940年,美国的全长 860米的塔柯姆大桥在 建成后的4个月就因风 共振而倒塌

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

共振的无穷力量
古希腊的学者阿基米德曾豪情万丈地宣 称:给我一个支点,我能撬动地球。而现代 的美国发明家特士拉更是“牛气”,他说:

用一件共振器,我就能把地球一裂为二。

3 共振的防止和应用

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。 应用

使驱动力的频率接近或等于振动物体的 固有频率。

课 堂 练 习

1.如图所示,是用来测量各种发动机转速的 转速计原理图。在同一铁支架NM上焊有固有频率 依次为80Hz、60Hz、40Hz、20Hz的四个钢片a、b、 c、d。将M端与正在转动的电动机接触,发现b钢 片振幅最大,则电动机转速为_______r/min ,a 、 3600 b、c、d此时振动频率为_________ 60Hz 。

课 堂 练 习 2.如图所示演示装置,一根张紧的水平绳上 挂着四个单摆,让b摆摆动,其余各摆也摆动起 来,可以发现( A ) A.各摆摆动的周期均与b摆相同 B.a 摆摆动周期最短 C.c摆摆动周期最长 D.c摆振幅最大

课 堂 练 习 3. A 、B两个弹簧振子, A固有频率为f, B 固有频率为4f, 若它们均在频率为3f 的驱动 力作用下做受迫振动, 则 ( B )
A. 振子A的振幅较大, 振动频率为f
B. 振子B的振幅较大, 振动频率为3f C. 振子A的振幅较大, 振动频率为3f D. 振子B的振幅较大, 振动频率为4f

小结
1 阻尼振动:振幅(能量)逐渐减小的振动

2 受迫振动:物体在外界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。

★受迫振动特点:f受=f驱,且 f受与f固无关★
3 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的现象。(理解共振曲线) 理解共振曲线

★共振条件:f驱=f固 ★ 利用共振时:应使f驱接近或等于振动物体的f固 防止共振时:应使f驱与f固不同,而且相差越大越好


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