2.5 生活中的振动 课件 -2023-2024学年高二上学期物理鲁科版（2019）选择性必修第一册

第二章 机械振动 2.5 生活中的振动 6 弹簧振子 单摆 理想化模型 简谐振动 x=Asinωt ◆简谐运动是等幅振动，对于给定的振动系统都有各自固有周期（或固有频率）。 ◆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。 ◆振动系统的总机械能与振幅有关，振幅越大，总机械能越大。 振动方向上 只受回复力 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，物体的振动有什么特点呢？ 知识回顾 阻尼振动 水中的弹簧振子、汽车上的减震器之所以不能持续振动，是因为它们在振动过程中受到阻力，使振动逐渐减弱。 如图所示，弹簧振子在水中不能持续振动，汽车上的减震器能让汽车的振动很快停下来，它们为什么不能持续振动？这些振动有什么特点？ 汽车上的减震器 观察与思考 [梳理与总结] 1.自由振动： 对于一个振动系统，若振动物体偏离平衡位置后，仅在 作用下振动，这种振动就是自由振动。 2.阻尼振动 (1)定义： 阻尼振动是指振幅 的振动。 回复力 不断减小 振动过程中由于存在 ，振动物体需要不断 ，系统的机械能不断 ，导致振幅不断减小。 (2)产生的原因 ： (3)图像： 如图所示，振幅 ，最后停止振动。 阻力 克服阻力做功 减小 逐渐减小 1.阻尼振动中，在振幅逐渐减小的过程中，振子的频率如何变化？ 不变，振子的频率与振幅无关。 2.在什么情况下可以把实际的振动看作简谐运动？ 当阻力很小时，在不太长的时间内看不出振幅有明显的减小，则可以把它当作简谐运动来处理。 思考与讨论 (1)做阻尼振动的物体因克服阻力做功，它的机械能逐渐减小。(　　) (2)阻力越大，物体的振幅减小的越快。(　　) (3)阻尼振动振幅逐渐减小时，其固有频率也逐渐减小。(　　) × √ √ 辨析 1.(来自教材改编)如图是一单摆做阻尼振动的位移—时间图像，比较摆球在M与N时刻的物理量，(EpM代表M点重力势能，EpN代表N点重力势能)以下说法正确的是  A.速率vM＝vN B.受到的拉力FM>FN C.重力势能EpM>EpN D.机械能EM<EN √ 练习 受迫振动与共振 在实际振动过程中，阻力总是客观存在的。只能设法减小而不能全面消除。所以实际的振动一定是阻尼振动，最终会停下来。 用什么办法才能获得稳定的振动呢? 观察与思考 1.受迫振动 (1)驱动力： 为了获得稳定的振动，通常需要给振动物体施加一个 ，这种 称为驱动力。 (2)受迫振动：在 作用下产生的振动。 如为使秋千稳定荡漾，定期推动秋千的力；为使振针稳定打点，带动振片振动的电磁力（交流电产生的周期性变化的力）；●●● ●●● 秋千的稳定荡漾；打点计时器振片稳定的振动；●●● ●●● 周期性的外力 周期性的外力 周期性外力 (3)受迫振动的周期或频率 ①安装好实验装置（如图），用力拉弹簧振子到合适位置，释放振子，测量振子的周期T1，一段时间后振子停止运动；说明振子运动时存在阻力。（阻尼振动） ②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，记录摇把的周期T2，振子振动的周期T3。 物体做受迫振动时，振动稳定后的周期(或频率)总等于 的周期(或频率)，与物体的固有周期(或固有频率)无关。 ③改变摇把的转速，重复步骤②。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。 驱动力 在上述实验中， 当摇把转动的周期越接近弹簧振子的固有周期时，弹簧振子的振幅有什么变化? 弹簧振子做受迫振动的振幅越大。 物体做受迫振动时， 驱动力的周期会对振幅产生怎样的影响？ 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 达到最大，这种现象称为共振。 (1)定义： (2)条件： (3)共振曲线：受迫振动的振幅与驱动力频率的关系如图所示。 f＝f固时发生共振； f>f固或f<f固时振幅较小。 f与f固相差越小，振幅越大。 驱动