5 外力作用下的振动、振动习题课逐字稿 高中 · 物理 · 人教版 · 选择性必修 第一册

admin882024-01-05 21:40:09

老师

同学们大家好,今天我们先学习外力作用下的震动,然后针对机械振动的典型问题进行复习。通过以前的学习,我们知道弹簧、镇子和单板都在做简谐运动。在简谐运动过程中,由系统内部的相互作用力来提供回复力。如果震动系统不受外力作用,这种震动我们可以叫做固有震动。固有震动的频率由系统本身的固有性质决定。比如在弹簧震子中,弹簧的进度系数,镇子的质量,在单板模型中百常还有当地的重力加速度等等。弹簧、震子和单板的运动,它都属于理想情况下的运动。

老师

振动过程中机械能守恒,振幅是不变的。大家不妨想一下,如果不是理想模型,换句话说,空气阻力和摩擦力不能忽略它们的运动会是什么样子,不难想象,瘫痪阵子还是做往复运动,只不过振幅越来越小,最终它会停止振动。单板如果空气阻力不能忽略,柏球的振幅也是越来越小,最终柏球会停止的最低点。我们把这些振幅越来越小的振动叫做堵尼振动。一起来看一下阻移震动的定义。系统在振动过程中受到阻力的作用,消耗机械能振幅减小,这样的振动叫做阻力振动。我们首先通过一个实验来观察一下鼓尼振动的图像。

学生

在竖直方向振动的弹簧振子上安装一个毛笔头,弹簧震子震动时,在震子上的毛笔就在水平匀速移动的大纸袋上画出震动图线。适当加大毛笔对指代压力,使震子受到一定阻力,所以看到的图线是振幅逐渐减小的震动图线,也就是阻尼振动图线。

老师

通过刚才的实验,我们可以观察到杜尼振动的振幅确实是在逐渐减小。在阻尼振动中,振动系统能量衰减的方式有两种,第一种是振动系统受摩擦阻力或其他阻力,机械能转化为内能。比如单板受到空气阻力,在振动过程中摩擦生热,机械能转化为内能。第二种电动系统引起周围质点的震动,使能量向四周传播,这样导致系统自身的机械能减小,比如音差发生能量随着声波向四周传播。

老师

阻尼振动振幅减小,能不能想办法使它的振幅保持不便?大家看一下这个场景,在荡秋千的时候,由于空气阻力作用,是不是振幅越来越小,有没有办法维持振幅不变?是不是可以家长站在小朋友的后边,在比较恰当的时机向前推一把,可以周期性的补充能量来维持振幅不变。我们把这种情况概括一下,当阻力不能忽略的时候,可以用周期性的外力作用于振动系统,这样外力对系统做功,补充系统的能量损耗,使系统维持等伏震动。这种周期性的外力叫做驱动力,系统在驱动力作用下的振动叫做受迫振动。我们一会儿通过这个实验来研究一下受迫振动的频率与振幅查看隐藏内容

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