2019年高中物理 第11章 第5節(jié)外力作用下的振動檢測試題 新人教版選修3-4.doc

2019年高中物理 第11章 第5節(jié)外力作用下的振動檢測試題 新人教版選修3-4 一、選擇題(1～3題為單選題，4、5題為多選題) 1．部隊經(jīng)過橋梁時，規(guī)定不許齊步走，登山運動員登雪山時，不許高聲叫喊，主要原因是(　　) A．減輕對橋的壓力，避免產(chǎn)生回聲 B．減少對橋、雪山的沖擊力 C．避免使橋發(fā)生共振和使雪山發(fā)生共振 D．使橋受到的壓力更不均勻，使登山運動員耗散能量 答案：C 解析：部隊過橋時如齊步走，給橋梁施加周期性外力，容易使橋的振動幅度增加，即發(fā)生共振，造成橋梁倒塌；登山運動員登高山時高聲叫喊，聲波容易引發(fā)雪山共振而發(fā)生雪崩，故應(yīng)選C。 2．(銀川一中xx～xx學年高二下學期期中)有A、B兩個彈簧振子，A的固有頻率為f，B的固有頻率為4f，如果它們都在頻率為2f的驅(qū)動力作用下做受迫振動，那么下列結(jié)論中正確的是(　　) A．振子A的振幅較大，振動頻率為2f B．振子A的振幅較大，振動頻率為f C．振子B的振幅較大，振動頻率為2f D．振子B的振幅較大，振動頻率為4f 答案：A 解析：受迫振動的振動頻率等于驅(qū)動力的頻率，故都為2f；在驅(qū)動力相同的情況下，受迫振動的振動幅度取決于振子的固有頻率和驅(qū)動力頻率的接進程度，兩者越接進，振動的幅度越大，故振子A的振動幅度較大。 3.如圖所示，把兩個彈簧振子懸掛在同一支架上，已知甲彈簧振子的固有頻率為8 Hz，乙彈簧振子的固有頻率為72 Hz，當支架在受到豎直方向且頻率為9 Hz的驅(qū)動力作用下做受迫振動時，兩個彈簧振子的振動情況是(　　) A．甲的振幅較大，且振動頻率為8 Hz B．甲的振幅較大，且振動頻率為9 Hz C．乙的振幅較大，且振動頻率為9 Hz D．乙的振幅較大，且振動頻率為72 Hz 答案：B 解析：物體做受迫振動時的頻率等于驅(qū)動力的頻率；物體的固有頻率越接近驅(qū)動力的頻率，物體振動的振幅就越大，所以B正確。 4．下列說法正確的是(　　) A．實際的自由振動必然是阻尼振動 B．在外力作用下的振動是受迫振動 C．阻尼振動的振幅越來越小 D．受迫振動穩(wěn)定后頻率與自身物理條件無關(guān) 答案：ACD 解析：實際的自由振動，必須不斷克服外界阻力做功而消耗能量，振幅會逐漸減小，必然是阻尼振動，故A、C正確；只有在周期性外力(驅(qū)動力)的作用下物體所做的振動才是受迫振動，B錯；受迫振動穩(wěn)定后的頻率由驅(qū)動力的頻率決定，與自身物理條件無關(guān)，D對。 5.一砝碼和一輕彈簧構(gòu)成彈簧振子，圖甲所示的裝置可用于研究該彈簧振子的受迫振動。勻速轉(zhuǎn)動把手時，曲桿給彈簧振子以驅(qū)動力，使振子做受迫振動。把手勻速轉(zhuǎn)動的周期就是驅(qū)動力的周期，改變把手勻速轉(zhuǎn)動的速度就可以改變驅(qū)動力的周期。若保持把手不動，給砝碼一向下的初速度，砝碼便做簡諧運動，振動圖線如圖乙所示。當把手以某一速度勻速轉(zhuǎn)動，受迫振動達到穩(wěn)定時，砝碼的振動圖象如圖丙所示。 若用T0表示彈簧振子的固有周期，T表示驅(qū)動力的周期，Y表示受迫振動達到穩(wěn)定后砝碼振動的振幅，則(　　) A．由圖線可知T0＝4s B．由圖線可知T0＝8s C．當T在4s附近時，Y顯著增大，當T比4s小得多或大得多時，Y很小 D．當T在8s附近時，Y顯著增大，當T比8s小得多或大得多時，Y很小 答案：AC 解析：由題中圖乙可知彈簧振子的固有周期T0＝4s，故A選項正確，B選項錯誤。根據(jù)受迫振動的特點：當驅(qū)動力的周期與系統(tǒng)的固有周期相同時發(fā)生共振，振幅最大；當驅(qū)動力的周期與系統(tǒng)的固有周期相差越多時，受迫振動物體振動穩(wěn)定后的振幅越小。故C選項正確。D選項錯誤。 二、非選擇題 6.如圖所示，一個偏心輪的圓心為O，重心為C，它們所組成的系統(tǒng)在豎直方向上發(fā)生自由振動的頻率為f，當偏心輪以角速度ω繞O軸勻速轉(zhuǎn)動時，則當ω＝__________時振動最為劇烈，這個現(xiàn)象稱為____________。 答案：2πf　共振 解析：偏心輪轉(zhuǎn)動中產(chǎn)生驅(qū)動力，偏心輪轉(zhuǎn)動中的頻率與系統(tǒng)固有頻率f相等時會發(fā)生共振，即：f＝，得ω＝2πf時產(chǎn)生共振。 7.如圖所示是一個單擺的共振曲線。 (1)試估算此單擺的擺長。(g取10m/s2) (2)共振時單擺的振幅為多大？ (3)若擺長增大，共振曲線的峰值將怎樣移動？ 答案：(1)1.58m　(2)15cm　(3)左移 解析：(1)由題圖知單擺固有周期T＝＝＝2.5s，由T＝2π，得擺長l≈1.58m。 (2)由圖象知，振幅為15cm。 (3)擺長變長，固有周期增大，固有頻率減小，故圖象左移。 能力提升 一、選擇題(1～3題為單選題，4題為多選題) 1．洗衣機在把衣服脫水完畢拔掉電源后，電動機還要轉(zhuǎn)動一會才能停下來，在拔掉電源后，發(fā)現(xiàn)洗衣機先振動得比較小，然后有一陣子振動得很劇烈，然后振動慢慢減小直至停下來，其間振動劇烈的原因是(　　) A．洗衣機沒放平衡 B．電動機有一陣子轉(zhuǎn)快了 C．電動機轉(zhuǎn)動的頻率和洗衣機的固有頻率相近或相等 D．這只是一種偶然現(xiàn)象 答案：C 解析：洗衣機脫水時，電動機轉(zhuǎn)速很快，頻率很大，可以說遠大于洗衣機的固有頻率，不能發(fā)生共振現(xiàn)象。當脫水終止時，隨著電動機轉(zhuǎn)速的減小，頻率也在減小，肯定有一段時間，頻率接近或等于洗衣機的固有頻率，從而發(fā)生共振現(xiàn)象，反應(yīng)在宏觀上就是洗衣機振動劇烈。 2．下表記錄了某受迫振動的振幅隨驅(qū)動力頻率變化的關(guān)系，若該振動系統(tǒng)的固有頻率為f固，則(　　) 驅(qū)動力頻率/Hz 30 40 50 60 70 80 受迫振動的振幅/cm 10.2 16.8 27.12 28.1 16.5 8.3 A.f固＝60 Hz D．60 Hz<f固<70 Hz C．50 Hz<f固<70 Hz D．以上三個答案都不對 答案：C 解析：由表中數(shù)據(jù)可知，當驅(qū)動力的頻率由50 Hz增大到70 Hz的過程中，受迫振動的振幅先增大后減小，說明振動系統(tǒng)的固有頻率f固應(yīng)為50 Hz<f固<70 Hz，C選項正確。在60 Hz時振幅最大，但是并不一定是受迫振動的最大振幅，從表中不能得到這一結(jié)論，所以A不對。 3．(河北衡水中學xx～xx學年高二下學期期中)如圖所示，一臺玩具電機的軸上安有一個小皮帶輪甲，通過皮帶帶動皮帶輪乙轉(zhuǎn)動(皮帶不打滑)，皮帶輪乙上離軸心O距離2mm處安有一個圓環(huán)P。一根細繩一端固定在圓環(huán)P上，另一端固定在對面的支架上，繩呈水平方向且繃直。在繩上懸掛著4個單擺a、b、c、d。已知電動機的轉(zhuǎn)速是149r/min，甲、乙兩皮帶輪的半徑之比為15,4個單擺的擺長分別是100cm、80cm、60cm、40cm.電動機勻速轉(zhuǎn)動過程中，哪個單擺的振幅最大(　　) A．單擺a D．單擺b C．單擺c D．單擺d 答案：A 解析：電動機的轉(zhuǎn)速是149r/min，則 周期T甲＝＝s， 甲、乙的半徑比是15，則乙的周期是T乙＝s， 要發(fā)生共振，由單擺周期公式T＝2π得，對應(yīng)單擺的擺長為1.013m； 題中給出的四個單擺中，a最接近，所以a的振幅最大。故選A。 4．(xx濟南高三模擬)如圖所示為單擺在兩次受迫振動中的共振曲線，下列說法正確的是(　　) A．若兩次受迫振動分別在月球上和地球上進行，且擺長相同，則圖線Ⅰ表示月球上單擺的共振曲線 B．若兩次受迫振動是在地球上同一地點進行，則兩次擺長之比l1l2＝254 C．圖線Ⅱ若是在地球上完成的，則該擺擺長約為1m D．若擺長均為1m，則圖線Ⅰ是在地球上完成的 答案：ABC 解析：圖線中振幅最大處對應(yīng)頻率應(yīng)與做受迫振動的單擺的固有頻率相等，從圖線上可以看出，兩單擺的固有頻率 f1＝0.2Hz，f2＝0.5Hz 根據(jù)周期公式可得f＝＝ 當兩單擺分別在月球上和地球上做受迫振動且擺長相等時，g越大，f越大，由于月球上的重力加速度比地球上的小，所以圖線Ⅰ表示月球上單擺的共振曲線，選項A正確。 若兩次受迫振動是在地球上同一地點進行，則g相同，兩次擺長之比l1l2＝＝254，所以選項B正確。圖線Ⅱ若是在地球上完成的，將g＝9.8m/s2和f2＝0.5Hz代入頻率的計算公式可解得l2≈1m，所以選項C正確，D錯誤。 二、非選擇題 5．某橋梁的固有頻率為7.5 Hz，有大量軍隊齊步過橋，軍人每跨一步距離為0.8 m。當行走速度為________m/s時，會對橋的安全造成威脅。 答案：6 解析：設(shè)行走速度為v時會對橋造成威脅，此時步行頻率等于橋梁的固有頻率，則v＝Lf＝0.87.5 m/s＝6 m/s。當驅(qū)動力頻率等于固有頻率時會發(fā)生共振。 6．秒擺擺球質(zhì)量為0.2kg，它振動到最大位移時距最低點的高度為0.4cm，當它完成10次全振動回到最大位移處時，因有阻尼作用，距最低點的高度變?yōu)?.3cm。如果每振動10次補充一次能量，使擺球回到原高度，那么1min內(nèi)總共應(yīng)補給多少能量？ 答案：5.8810－3J 解析：每振動10次要補充的能量為ΔE＝mgΔh＝0.29.8(0.4－0.3)10－2J＝1.9610－3J。秒擺的周期為2s,1min內(nèi)完成全振動的次數(shù)為30次，則1min內(nèi)總共應(yīng)補充的能量為E＝3ΔE＝5.8810－3J。 7．汽車的重力一般支撐在固定于軸承上的若干彈簧上，彈簧的等效勁度系數(shù)k＝1.5105 N/m。汽車開始運動時，在振幅較小的情況下，其上下自由振動的頻率滿足f＝(l為彈簧的壓縮長度)。若人體可以看成一個彈性體，其固有頻率約為2 Hz，已知汽車的質(zhì)量為600 kg，每個人的質(zhì)量為70 kg，則這輛車乘坐幾個人時，人感到最難受？ 答案：5人 解析：人體的固有頻率f固＝2 Hz，當汽車的振動頻率與其相等時，人體與之發(fā)生共振，人感覺最難受，即f＝＝f固，得l＝代入數(shù)據(jù)得：l＝0.0625 m，由胡克定律得 kl＝(m1＋nm2)gn＝＝＝5(人)