1、4.阻尼振动 受迫振动 荡起来的秋千如果不用力就很快停下荡起来的秋千如果不用力就很快停下来来;用力拨动一下琴弦声音很快消失。用力拨动一下琴弦声音很快消失。这些振动系统的能量是如何变化的呢？这些振动系统的能量是如何变化的呢？P13P13活动活动:如图所示如图所示,在鼓皮上放几颗米粒在鼓皮上放几颗米粒,猛猛敲一下鼓敲一下鼓,观察米粒在鼓皮上的运动。观察米粒在鼓皮上的运动。一、阻尼振动1 1阻力：运动物体所受到的阻碍它运动的力阻力：运动物体所受到的阻碍它运动的力两类：两类：（1 1）摩擦阻力）摩擦阻力(摩擦阻力摩擦阻力,介质阻力的作用介质阻力的作用)（2 2）辐射阻力）辐射阻力(例如音叉发声时例如音
2、叉发声时,一部分机械一部分机械能随波辐射到周围空间能随波辐射到周围空间,导致音叉振幅不断减导致音叉振幅不断减小小)。2 2阻尼作用：使系统能量耗损的因素。阻尼作用：使系统能量耗损的因素。5.5.阻尼振动时的周期和频率不变阻尼振动时的周期和频率不变,这是因为周这是因为周期和频率与振幅无关期和频率与振幅无关 因有阻尼作用因有阻尼作用,系统的机械能损失系统的机械能损失.振幅的振幅的大小反映系统机械能的大小大小反映系统机械能的大小,当机械能减少时当机械能减少时,就表现出振动的振幅减小就表现出振动的振幅减小,因此我们看到振幅因此我们看到振幅逐渐减小的振动是受到阻尼作用而引起的。逐渐减小的振动是受到阻尼作
3、用而引起的。这种这种1831年，一队骑兵通过曼彻斯特附近一座便桥时，致使桥断裂(如图所示)用一台声波发生器向一玻璃酒杯发生频率连续变化的声波，某一时刻，酒杯突然破裂(如图所示)思考讨论 怎样解释上述物理现象?二、振动的分类1.物体的振动按能量是否存在损失分 阻尼振动（减幅振动）无阻尼振动（等幅振动）2.按振动的成因分自由振动受迫振动-受到阻力作用-不受阻力作用-不受动力作用-受到动力作用自由振动自由振动:给振动系统一定能量给振动系统一定能量,物体就在自己物体就在自己的弹力或重力的弹力或重力(回复力回复力)作用下振动起来作用下振动起来,而不需而不需要其他外力的推动要其他外力的推动,这样的振动叫做
4、自由振动。这样的振动叫做自由振动。例如:把弹簧振子或单摆拉离平衡位置后松手,弹簧振子的振动就是自由振动.单摆振动起来后,偏角会逐渐减小,经足够长的时间最终会停下来,只是振幅减小得很慢,在一段不太长的时间内看不出明显的变化.(自由振动可能是等幅振动也可能是减幅振动)注意：自由振动（阻尼振动、无阻尼振动）的周期与频率都与振幅无关。三、受迫振动一般情况下的振动因为受到阻力，最终都要停下来，那么怎样才能使振动持续下去呢？1、驱动力:加在振动系统上的使系统能持续振动下去的周期性外力,叫做驱动力.2、受迫振动：系统在驱动力作用下的振动，叫做受迫振动。3、驱动力的作用：对振动系统做功，为振动系统补充能量4、
5、受迫振动中机械能不守恒、受迫振动中机械能不守恒 受迫振动中驱动力做功是为了补偿因阻尼作用而损失的机械能.故受迫振动在一个周期内每时每刻的机械能都在减少,因此机械能不守恒P14观察思考：利用如图所示的装置，向下拉动钩码，然后放手，观察钩码振动的周期。钩码静止，匀速地转动把手，观察钩码振动周期和手转动把手的周期。手以较小的速度转动把手，钩码振动周期变小了吗？由观察到的现象分析受迫振动的周期与驱动力周期的关系。5、物体在外力驱动下振动时，振动稳定后的频率等于外力驱动的频率即即f受受=f驱驱，跟物体的固有频率没有关系。匀速地转动把手，把手给弹簧振子以驱动力，使振子做受迫振动。把手转动的周期就是驱动力的
6、周期。用不同的转速匀速地转动把手，可以看到，振动稳定后受迫振动的周期总等于驱动力的周期。P14观察思考：如图所示，在一根张紧的绳子上挂几个摆，其中A、B、C的摆长相等。以A摆为驱动摆，让A摆振动，观察其余各摆做受迫振动的振幅。思考以下问题：你认为驱动力频率与固有频率满足什么关系，才能使受迫振动的振幅最大？四、特殊的受迫振动四、特殊的受迫振动-共振共振1、共振：当驱动力的频率接近物体的固有频、共振：当驱动力的频率接近物体的固有频率时，受追振动的振幅增大的现象。率时，受追振动的振幅增大的现象。2、共振的条件：驱动力的频率接近或等于物、共振的条件：驱动力的频率接近或等于物体的固有频率（体的固有频率（
7、f驱驱 f固固）。）。3、共振曲线共振曲线：受迫振动的振幅随驱动力频率：受迫振动的振幅随驱动力频率变化的图线。变化的图线。由共振曲线可知道：当驱动力频率等于物体固由共振曲线可知道：当驱动力频率等于物体固有频率时，物体振幅最大，驱动力频率与固有有频率时，物体振幅最大，驱动力频率与固有频率相差越大，物体的振幅越小频率相差越大，物体的振幅越小.一般来说物体做受迫振动的频率f驱与物体的固有频率f固不同.它们具有差值f=|f固f驱|,其差值f的大小的大小影响着振动的振幅影响着振动的振幅.f越小,做受迫振动的振幅越大.4、共鸣共鸣-声音的共振现象声音的共振现象 19401940年，年，Tacoma Nar
8、rowsTacoma Narrows大桥在大桥在建成后的建成后的4 4个月就因风共振而倒个月就因风共振而倒塌塌 。五、共振的应用和防止共振的应用：共振的应用：1 1、共振筛、共振筛2 2、共鸣箱（在乐器上用的比较多）、共鸣箱（在乐器上用的比较多）喷水鱼洗喷水鱼洗(大约出现于唐代大约出现于唐代)摩擦盆的两耳摩擦盆的两耳,由于振动由于振动,盆壁鱼嘴处喷起盆壁鱼嘴处喷起水花水花 ,宛如盆底的鱼在腾跃嬉戏宛如盆底的鱼在腾跃嬉戏.共振的危害共振的危害:1 1、军队或火车过桥时要放慢速度或便步走、军队或火车过桥时要放慢速度或便步走.2 2、机器运转时为了防止共振要调节转速、机器运转时为了防止共振要调节转速
9、3 3、在振动物体底座加防振垫、在振动物体底座加防振垫4 4、装修剧场、房屋时使用吸声材料等、装修剧场、房屋时使用吸声材料等大桥若共振的话大桥若共振的话!结结 束束受迫振动的振幅受迫振动的振幅A A共振曲线【例l】光滑斜面上物块A被平行斜面的轻质弹簧拉住静止于O点，如图所示，现将A沿斜面拉到B点无初速释放，物体在BC范围内做简谐运动，则下列说法正确的是()AOB越长，振动能量越大B在振动过程中，物体A机械能守恒CA在C点时，由物体与弹簧构成的系统势能最大，在O点时势能最小DA在C点时，由物体与弹簧构成的系统势能最大，在B点时势能最小A、C【例2】(新情景题)如图所示，质量为M的物体拴在水平放置
10、的左端固定的轻弹簧的右端，构成一弹簧振子物体可在光滑水平面上做简谐运动，振幅为A在运动的过程中将质量为m的小物块轻放在M上，第一次是当M运动到平 衡位置 时放在上面，第二次是当 M运动到最大位移处时放在上面，观察到第一次振幅为A1，第二次振幅为A2，则().A12AAA .B12A AA.C12AA A.D21AAA B【例3】如图所示，在光滑的水平面上有一质量为m的小球B，用劲度系数为k的轻弹簧连接组成一个弹簧振子，小球B静止在平衡位置O点另一质量也为m的小球A，从半径为R的光滑圆弧形轨道上的离地面高为h(且hR)的C点由静止下滑，运动到O点与B球发 生碰撞，碰撞过程中无机械能损失，最终A球
11、又返回离地面 高为h的C点，之后这一过程循环往复地进行下去 已知弹簧振子的振动周期且s=2h，已知当地重力加速度为g 试求：该系统的运动周期(结果用m、k、h、R表示)解：因为hR，故小球在圆弧上的运动可等效为单摆的运动；小球从C点运动到C点的时间设小球运动到O点的速度为v，由得 设小球由O，点运动到O点所需时间为t2，则;11421Rt=T=g212mvmgh 2v=gh,22sht=;vg 小球A在O点和小球B发生碰撞时满足动量守恒和机械能守恒，碰前A球的速度为可，设碰后A、B球的速度为vA和vB，所以 由以上二式可得vA=0，vB=v，即A球停止运动，B球以速度v向左运动，B球运动至最左端经历的时间t3为弹簧振子振动周期T的 故系统的周期为ABmv=mv+mv,2111+222=22ABmvmvmv,;311,442mtTk1232(t+2)=R2hmTttggk 点拨：本题题型新颖、综合性强，要从两个方面突破：分析并确定题中的类单摆模型分析、观察能力较强，要求能从图中找到有用信息 知识结构及要点小结等幅振动等幅振动:如果外界不断地给振动系统补充由于阻尼如果外界不断地给振动系统补充由于阻尼存在而导致的能量损耗存在而导致的能量损耗,从而使振动的振幅保持不变从而使振动的振幅保持不变,这样的振动叫等幅振动这样的振动叫等幅振动
