阻尼振动解析ppt课件.ppt
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1、4阻尼振动受迫振动一、固有振动、阻尼振动一、固有振动、阻尼振动1.1.自由振动自由振动: :系统系统_,_,也不受任何阻力也不受任何阻力, ,只在自身只在自身_作用作用下的振动下的振动, ,又叫作又叫作_。2.2.固有频率固有频率:_:_振动的频率。振动的频率。3.3.阻尼阻尼: :即阻力作用即阻力作用, ,通常包括通常包括_或其他阻力。或其他阻力。4.4.阻尼振动阻尼振动: :振幅振幅_的振动。的振动。不受外力不受外力回复力回复力无阻尼振动无阻尼振动自由自由摩擦力摩擦力逐渐减小逐渐减小【想一想【想一想】如图为阻尼振动的振动图线如图为阻尼振动的振动图线, ,阻尼振动中阻尼振动中, ,在振幅在振
2、幅逐渐减小的过程中逐渐减小的过程中, ,振子的周期如何变化振子的周期如何变化? ?为什么为什么? ?提示提示: :不变周期与振幅无关。不变周期与振幅无关。二、受迫振动与共振二、受迫振动与共振1.1.驱动力驱动力: :作用于振动系统的作用于振动系统的_的外力。的外力。2.2.受迫振动受迫振动: :振动系统在振动系统在_作用下的振动。作用下的振动。3.3.受迫振动的频率受迫振动的频率: :做受迫振动的频率等于做受迫振动的频率等于_的频率的频率, ,与系统的与系统的固有频率固有频率_。周期性周期性驱动力驱动力驱动力驱动力无关无关4.4.共振共振: :(1)(1)条件条件: :驱动力频率驱动力频率f_
3、f_振动物体的固有频率振动物体的固有频率f0f0。(2)(2)特征特征: :共振时受迫振动的共振时受迫振动的_最大。最大。(3)(3)共振曲线共振曲线: :如图所示。如图所示。等于等于振幅振幅【判一判【判一判】(1)(1)受迫振动的频率与振动系统的固有频率无关。受迫振动的频率与振动系统的固有频率无关。( () )(2)(2)驱动力频率越大驱动力频率越大, ,振幅越大。振幅越大。( () )(3)(3)共振只有害处没有好处。共振只有害处没有好处。( () )提示提示: :(1)(1)。受迫振动的频率等于驱动力的频率。受迫振动的频率等于驱动力的频率。(2)(2)。驱动力频率越接近振动系统的固有频率
4、。驱动力频率越接近振动系统的固有频率, ,振幅越大。振幅越大。(3)(3)。生活中共振有时有益。生活中共振有时有益, ,有时有害有时有害, ,如共振筛是有益的。如共振筛是有益的。一、比较简谐运动、阻尼振动与受迫振动一、比较简谐运动、阻尼振动与受迫振动思考探究思考探究: :生活中会见到阵风吹过树枝生活中会见到阵风吹过树枝, ,使树枝左右摇摆使树枝左右摇摆, ,一会儿树枝就会停下来一会儿树枝就会停下来, ,而荡秋千的小朋友在一旁小朋友的不断推动下不停地摆动。而荡秋千的小朋友在一旁小朋友的不断推动下不停地摆动。(1)(1)树枝的运动是什么运动树枝的运动是什么运动? ?(2)(2)秋千的摆动是什么运动
5、秋千的摆动是什么运动? ?提示提示: :(1)(1)树枝的运动是阻尼振动。树枝的运动是阻尼振动。(2)(2)秋千的摆动是受迫振动。秋千的摆动是受迫振动。【归纳总结【归纳总结】1.1.简谐运动是一种理想化的模型简谐运动是一种理想化的模型, ,物体运动过程中的一切阻力都不考物体运动过程中的一切阻力都不考虑。虑。2.2.阻尼振动考虑阻力的影响阻尼振动考虑阻力的影响, ,是更实际的一种运动。是更实际的一种运动。3.3.受迫振动是物体做阻尼振动时受到周期性驱动力作用下的振动。受迫振动是物体做阻尼振动时受到周期性驱动力作用下的振动。4.4.三者对比列表如下三者对比列表如下: :振动类型振动类型比较项目比较
6、项目简谐运动简谐运动阻尼振动阻尼振动受迫振动受迫振动产生条件产生条件不受阻不受阻力作用力作用受阻力作用受阻力作用受阻力和驱受阻力和驱动力作用动力作用频率频率固有频率固有频率频率不变频率不变驱动力频率驱动力频率振幅振幅不变不变减小减小大小变化大小变化不确定不确定振动类型振动类型比较项目比较项目简谐运动简谐运动阻尼振动阻尼振动受迫振动受迫振动振动图像振动图像形状不确定形状不确定实例实例弹簧振子振弹簧振子振动动, ,单摆做小单摆做小角度摆动角度摆动敲锣打鼓发出敲锣打鼓发出的声音越来越的声音越来越弱弱扬声器纸盆振动扬声器纸盆振动发声、钟摆的摆发声、钟摆的摆动动【特别提醒【特别提醒】(1)(1)阻尼振动
7、的频率阻尼振动的频率: :阻尼振动中振幅虽逐渐减小阻尼振动中振幅虽逐渐减小, ,但振动频率不会变但振动频率不会变化化, ,此频率称为固有频率此频率称为固有频率, ,由振动系统决定。由振动系统决定。(2)(2)阻尼振动与简谐运动的关系阻尼振动与简谐运动的关系: :实际的振动都会受到阻力的作用实际的振动都会受到阻力的作用, ,是是阻尼振动。当阻力很小时阻尼振动。当阻力很小时, ,可认为是简谐运动。可认为是简谐运动。【典例示范【典例示范】(2013(2013江苏高考江苏高考) )如图所示的装置如图所示的装置, ,弹簧振子的固有频率弹簧振子的固有频率是是4Hz4Hz。现匀速转动把手。现匀速转动把手,
8、,给弹簧振子以周期性的驱动力给弹簧振子以周期性的驱动力, ,测得弹簧振子振动达到稳定时的频率为测得弹簧振子振动达到稳定时的频率为1Hz,1Hz,则把手转动则把手转动的频率为的频率为( () )A.1HzA.1HzB.3HzB.3HzC.4HzC.4HzD.5HzD.5Hz【解题探究【解题探究】(1)(1)物体做受迫振动时物体做受迫振动时, ,振动频率由什么来决定振动频率由什么来决定? ?提示提示: :振动频率等于驱动力的频率。振动频率等于驱动力的频率。(2)(2)如何计算驱动力的频率如何计算驱动力的频率? ?提示提示: :驱动力的频率等于把手转动的频率。驱动力的频率等于把手转动的频率。【正确解
9、答【正确解答】选选A A。转动把手后。转动把手后, ,弹簧振子开始做受迫振动弹簧振子开始做受迫振动, ,受迫振动受迫振动是按照外界驱动力的频率振动的是按照外界驱动力的频率振动的, ,既然振子稳定后的振动频率为既然振子稳定后的振动频率为1Hz,1Hz,则把手转动的频率即为则把手转动的频率即为1Hz1Hz。【过关训练【过关训练】1.(1.(拓展延伸拓展延伸) )【典例示范【典例示范】中中,(1),(1)若测得弹簧振子振动达到稳定时的若测得弹簧振子振动达到稳定时的频率为频率为4Hz,4Hz,则把手转动的频率为多少则把手转动的频率为多少?(2)?(2)把手转动频率为把手转动频率为1Hz1Hz与把手与把
10、手转动频率为转动频率为4Hz4Hz两种情况下两种情况下, ,哪种情况振子的振幅较大哪种情况振子的振幅较大? ?【解析【解析】(1)(1)振子做受迫振动的频率等于驱动力的频率振子做受迫振动的频率等于驱动力的频率, ,故把手转动的故把手转动的频率为频率为4Hz4Hz。(2)(2)由于当驱动力的频率与振动系统的固有频率相等时由于当驱动力的频率与振动系统的固有频率相等时, ,受迫振动振幅受迫振动振幅最大最大, ,故把手转动频率为故把手转动频率为4Hz4Hz时时, ,振子的振幅较大。振子的振幅较大。答案答案: :(1)4Hz(1)4Hz(2)4Hz(2)4Hz2.20152.2015年年4 4月月252
11、5日日1414时时1111分分, ,在尼泊尔发生在尼泊尔发生8.18.1级地震级地震, ,导致很多房屋坍导致很多房屋坍塌塌, ,场景惨不忍睹场景惨不忍睹, ,就此事件就此事件, ,下列说法正确的有下列说法正确的有( () )A.A.所有建筑物周期相同所有建筑物周期相同B.B.所有建筑物的振幅相同所有建筑物的振幅相同C.C.所有建筑物均做自由振动所有建筑物均做自由振动D.D.所有建筑物振动能量相同所有建筑物振动能量相同【解析【解析】选选A A。地震时。地震时, ,所有建筑物均做受迫振动所有建筑物均做受迫振动; ;由于物体做受迫振由于物体做受迫振动达到稳定后的振动周期是由驱动力的周期来决定的动达到
12、稳定后的振动周期是由驱动力的周期来决定的, ,而跟振动物体而跟振动物体本身的固有周期无关本身的固有周期无关, ,故周期都相同故周期都相同, ,故故A A正确正确,C,C错误错误; ;发生共振的条件发生共振的条件是驱动力的频率等于物体本身固有的频率是驱动力的频率等于物体本身固有的频率, ,发生共振的物体的振动幅发生共振的物体的振动幅度最大度最大, ,固有频率不同的物体的振动幅度不同固有频率不同的物体的振动幅度不同, ,故故B B错误错误; ;振动能量由振振动能量由振动的幅度决定动的幅度决定, ,不同建筑物的振幅不同不同建筑物的振幅不同, ,故不同建筑物振动能量不同故不同建筑物振动能量不同, ,故
13、故D D错误。错误。【补偿训练【补偿训练】1.(1.(多选多选)(2015)(2015聊城高二检测聊城高二检测) )下列说法中正确的下列说法中正确的是是( () )A.A.阻尼振动是减幅振动阻尼振动是减幅振动B.B.实际的振动系统不可避免地要受到阻尼作用实际的振动系统不可避免地要受到阻尼作用C.C.阻尼振动的振幅逐渐减小阻尼振动的振幅逐渐减小, ,所以周期也逐渐减小所以周期也逐渐减小D.D.阻尼过大时阻尼过大时, ,系统将不能发生振动系统将不能发生振动【解析【解析】选选A A、B B、D D。阻尼振动即振动过程中受到阻力作用的振动。阻尼振动即振动过程中受到阻力作用的振动, ,因因为实际的运动在
14、空气中要受到空气的阻力作用为实际的运动在空气中要受到空气的阻力作用, ,因此不可避免地受到因此不可避免地受到阻尼作用阻尼作用, ,即即B B选项正确选项正确; ;由于振幅是振动系统能量大小的标志由于振幅是振动系统能量大小的标志, ,阻尼振阻尼振动过程中由于要克服阻力做功动过程中由于要克服阻力做功, ,消耗系统的机械能消耗系统的机械能, ,因此系统机械能减因此系统机械能减小小, ,所以振幅要减小所以振幅要减小, ,则则A A选项正确选项正确; ;但是振动系统的周期与振幅无关但是振动系统的周期与振幅无关, ,因此阻尼振动尽管是减幅振动因此阻尼振动尽管是减幅振动, ,但其固有周期不变但其固有周期不变
15、, ,当阻尼过大时由于当阻尼过大时由于合外力可能为零合外力可能为零, ,将不能提供回复力将不能提供回复力, ,则振动系统将不能发生振动则振动系统将不能发生振动, ,此此时振动系统的周期可看作无穷大时振动系统的周期可看作无穷大, ,因此因此C C选项不正确选项不正确,D,D选项正确。选项正确。2.(20152.(2015成都高二检测成都高二检测)A)A、B B两个单摆两个单摆,A,A摆的固有频率为摆的固有频率为f,Bf,B摆的固摆的固有频率为有频率为4f,4f,若让它们在频率为若让它们在频率为5f5f的驱动力作用下做受迫振动的驱动力作用下做受迫振动, ,那么那么A A、B B两个单摆比较两个单摆
16、比较( () )A.AA.A摆的振幅较大摆的振幅较大, ,振动频率为振动频率为f fB.AB.A摆的振幅较大摆的振幅较大, ,振动频率为振动频率为5f5fC.BC.B摆的振幅较大摆的振幅较大, ,振动频率为振动频率为5f5fD.BD.B摆的振幅较大摆的振幅较大, ,振动频率为振动频率为4f4f【解析【解析】选选C C。A A、B B两单摆都做受迫振动两单摆都做受迫振动, ,振动的频率等于驱动力的频振动的频率等于驱动力的频率率5f5f。B B摆的固有频率更接近摆的固有频率更接近5f,5f,故故B B摆振幅较大摆振幅较大,C,C正确正确,A,A、B B、D D错误。错误。二、对共振的理解二、对共振
17、的理解思考探究思考探究: :洗衣机在把衣服脱水完毕拔掉电源后洗衣机在把衣服脱水完毕拔掉电源后, ,电动机还要转动一会才能停下电动机还要转动一会才能停下来。在拔掉电源后来。在拔掉电源后, ,发现洗衣机先振动得比较小发现洗衣机先振动得比较小, ,然后有一阵子振动得然后有一阵子振动得很剧烈很剧烈, ,然后振动慢慢减小直至停下来。然后振动慢慢减小直至停下来。(1)(1)开始时开始时, ,洗衣机为什么振动比较小洗衣机为什么振动比较小? ?(2)(2)期间剧烈振动的原因是什么期间剧烈振动的原因是什么? ?提示提示: :(1)(1)开始时开始时, ,洗衣机的固有频率与脱水桶的频率相差较远。洗衣机的固有频率与
18、脱水桶的频率相差较远。(2)(2)剧烈振动的原因是此时脱水桶的频率与洗衣机的固有频率接近。剧烈振动的原因是此时脱水桶的频率与洗衣机的固有频率接近。【归纳总结【归纳总结】1.1.对共振条件的理解对共振条件的理解: :(1)(1)从受力角度看从受力角度看: :当振动物体所受驱动力的方向跟它的运动方向相同当振动物体所受驱动力的方向跟它的运动方向相同时时, ,驱动力对它起加速作用驱动力对它起加速作用, ,使它的振幅增大使它的振幅增大, ,当驱动力的频率等于物当驱动力的频率等于物体的固有频率时体的固有频率时, ,它的每一次作用都使物体的振幅增加它的每一次作用都使物体的振幅增加, ,从而振幅达到从而振幅达
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