振动中的能量转化 受迫振动 共振.doc

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1、振动中的能量转化受迫振动共振教学目的:1、知道振幅越大,振动的能量(总机械能)越大。2、知道什么是阻尼振动和阻尼振动中能量转化的情况。3、知道受迫振动和共振的概念4、知道受迫振动的频率等于驱动力频率5、知道共振的应用和防止的实例教学重点:简谐运动中机械能的转化,受迫振动和共振教学难点:受迫振动的频率等于驱动力频率教具:共振演示器教学过程:分析:单摆运动中的能量,总结以上可得——一、振动中的能量转化⒈动能、势能的变化弹簧振子和单摆动能和势能转化简表:振幅位置振幅位置平衡位置平衡位置平衡位置振幅位置振幅位置EpmEpEkEkmEkEpEpm总机械能Epm=Ep+Ek=Ekm可以看出,

2、物体在做简谐运动时,系统中的动能与势能发生相互变化,机械能总量保持不变。那么,机械能总量的大小跟什么因素有关呢?实验:当把弹簧振子拉长一些让振子开始振动,由于振幅增大,弹簧的形变增大,振动系统弹性势能增加,总能量变大。⒉简谐运动中的能量跟振幅有关,振幅越大,能量越大。对简谐运动来说,一旦外界供给振动系统一定的能量,使它开始振动,系统中的动能与势能发生相互变化,机械能总量保持不变,它就以一定的振幅永不停息地振动下去。但在日常生活中由于振动系统要受到外界的摩擦和阻力作用(即阻尼作用),系统要克服摩擦和阻力做功,使系统的机械能转化为其他形式的能,由于系统的总机械能减少,振幅也就逐渐减小

3、,最后当机械能耗尽的时候,振幅就变为零,振子就停止振动、这样的振动叫阻尼振动。⒊阻尼振动:振幅逐渐减小的振动。阻尼振动不是简谐运动,但当阻尼很小时,在一段不太长的时间里看不出振幅有明显的变化,此时可以认为是简谐运动。在外力使弹簧振子的小球和单摆的摆球偏离平衡位置后,它们就在系统内部的弹力或重力作用下振动起来,不再需要外力的推动,这种振动叫做自由振动,由于阻力不可避免,这样的振动最终都会停下来.那么我们有无使它们振幅不减小的办法呢?那就是给系统不断地补充能量,即给系统一个周期性的外力,使该外力对系统做正功来不断补充系统所损失的能量,使其不断地振动下去.这种振动叫受迫振动。二、受迫振

4、动⒈驱动力:使振动系统持续地振动下去的周期性外力叫驱动力。周期性外力作用于系统,对系统做功,克服阻尼作用,补偿系统的能量损耗。⒉受迫振动:物体在外界驱动力作用下的振动。跳水运动员在跳板上行走时跳板所发生的振动;机器工作时机器底座所发生的振动,都是由于受到外界驱动力作用下所做的受迫振动。那么做受迫振动的物体在振动时的频率由什么决定呢?通过观察研究各种受迫振动实验,可以得出——⒊受迫振动的频率: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。振子的固有频率由什么决定的呢?任何物体都有自身的特殊的结构,它们的固有频率是由这些结构所决定的,单摆的固有频率是由摆长

5、和当地的重力加速度所决定的;弹簧振子的固有频率是由弹簧和小球所决定的,而与外界无关。虽然物体做受迫振动的频率是由驱动力的频率决定的,而与物体的固有频率无关,但物体做受迫振动的振幅是否与物体的固有频率有联系呢?实验:在一根张紧的绳子上挂几个摆,其中A、B、C的摆长相等.当A摆振动的时候,通过张紧的绳子给其他各摆施加驱动力。当A摆动的时候,其余各摆也随之做受迫振动,而此时驱动力的频率就是A摆的固有频率。实验表明:固有频率跟驱动力频率相等的B摆和C摆振幅最大;固有频率跟驱动力相差最大的D摆振幅最小。根据上述实验,书上给出了做受迫振动的物体振幅A与驱动力的频率f的关系曲线.当驱动力的频率

6、f与物体的固有频率f接近时,物体的振幅越大;当物体所受的驱动力频率与物体的固有频率相等时,物体振动振幅最大。录像:共振总结:驱动力的频率等于振子的固有频率时,振子振幅最大,这种现象叫做共振。三、共振⒈定义:驱动力的频率接近物体的固有频率时,受迫振动的振幅增大,这种现象叫共振。⒉共振的应用和防止⑴原理:在需要利用共振时,应使驱动力频率接近或等于振动物体的固有频率;在需要防止共振时,应使驱动力频率与振动物体的固有频率相差越大越好。⑵应用:共振筛、音箱等⑶防止:火车过桥慢开,控制机器转速等。1906年,俄国军队通过彼得堡附近大桥时,由于齐步走,使大桥共振而断裂。为防止类似惨剧再次发生,

7、后来规定行军过桥不准齐步走。1992年5月,法国科西嘉岛举办一场足球赛,当两队队员入场时,临时看台上的观众欢呼、跳跃,看台受到人群驱动力的频率等于自己的固有频率,发生共振,“哗啦啦”一下全部倒塌,造成几十人死亡,800多人受伤的特大事故。布置作业:阅读教材

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