2019年高中物理 第十一章 機(jī)械振動(dòng) 外力作用下的 振動(dòng)雙基限時(shí)練 新人教版選修3-4.doc

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2019年高中物理 第十一章 機(jī)械振動(dòng) 外力作用下的 振動(dòng)雙基限時(shí)練 新人教版選修3-4 1．隨著電信業(yè)的發(fā)展，手機(jī)是常用的通信工具，當(dāng)來(lái)電話時(shí)，它可以用振動(dòng)來(lái)提示人們．振動(dòng)原理很簡(jiǎn)單：是一個(gè)微型電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸上的葉片轉(zhuǎn)動(dòng)．當(dāng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)后，手機(jī)就跟著振動(dòng)起來(lái)．其中葉片的形狀是圖中的(　　) 　A B C D 解析　手機(jī)做受迫振動(dòng)． 答案　A 2．(多選題)下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．阻尼振動(dòng)是減幅振動(dòng) B．實(shí)際的振動(dòng)系統(tǒng)不可避免地要受到阻尼作用 C．阻尼振動(dòng)的振幅逐漸減小，所以周期也逐漸減小 D．阻尼過(guò)大時(shí)，系統(tǒng)將不能發(fā)生振動(dòng) 解析　阻尼振動(dòng)即振動(dòng)過(guò)程中受到阻力作用的振動(dòng)，因?yàn)閷?shí)際的運(yùn)動(dòng)在空氣中要受到空氣的阻力作用，因此不可避免地受到阻尼作用，即B選項(xiàng)正確；由于振幅是振動(dòng)系統(tǒng)能量大小的標(biāo)志，阻尼振動(dòng)過(guò)程中由于要克服阻力做功，消耗系統(tǒng)的機(jī)械能，因此系統(tǒng)機(jī)械能減小，所以振幅要減小，則A選項(xiàng)正確；但是振動(dòng)系統(tǒng)的周期與振幅無(wú)關(guān)，因此阻尼振動(dòng)盡管是減幅振動(dòng)，但其固有周期不變，當(dāng)阻尼過(guò)大時(shí)由于合外力可能為零，將不能提供回復(fù)力，則振動(dòng)系統(tǒng)將不能發(fā)生振動(dòng)，此時(shí)振動(dòng)系統(tǒng)的周期可看做無(wú)窮大，因此C選項(xiàng)不正確，D選項(xiàng)正確． 答案　ABD 3．(多選題)下列說(shuō)法中正確的是　　(　　) A．某物體做自由振動(dòng)時(shí)，其振動(dòng)頻率與振幅無(wú)關(guān) B．某物體做受迫振動(dòng)時(shí)，其振動(dòng)頻率與固有頻率無(wú)關(guān) C．某物體發(fā)生共振時(shí)的頻率就是其自由振動(dòng)的頻率 D．某物體發(fā)生共振時(shí)的振動(dòng)就是無(wú)阻尼振動(dòng) 解析　物體做自由振動(dòng)時(shí)，振動(dòng)頻率為固有頻率與振幅無(wú)關(guān)，故A對(duì)；物體做受迫振動(dòng)時(shí)，振動(dòng)頻率總等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，故B對(duì)；物體發(fā)生共振時(shí)，說(shuō)明驅(qū)動(dòng)力的頻率等于物體的固有頻率，故C對(duì)；物體發(fā)生共振時(shí)，同樣會(huì)受到阻力作用而發(fā)生阻尼振動(dòng)，故D錯(cuò)． 答案　ABC 4．A、B兩個(gè)彈簧振子，A的固有頻率為f，B的固有頻率為4f，若它們均在頻率為3f的驅(qū)動(dòng)力作用下做受迫振動(dòng)，則(　　) A．振子A的振動(dòng)幅度較大，振動(dòng)頻率為f B．振子B的振動(dòng)幅度較大，振動(dòng)頻率為3f C．振子A的振動(dòng)幅度較大，振動(dòng)頻率為3f D．振子B的振動(dòng)幅度較大，振動(dòng)頻率為4f 解析　做受迫振動(dòng)的物體的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，物體的固有頻率和驅(qū)動(dòng)力的頻率越接近的物體的振動(dòng)幅度越大，故B選項(xiàng)正確． 答案　B 5．(多選題)一洗衣機(jī)脫水桶在正常工作時(shí)非常平穩(wěn)，當(dāng)切斷電源后，發(fā)現(xiàn)洗衣機(jī)先是振動(dòng)越來(lái)越劇烈，然后振動(dòng)再逐漸減弱，對(duì)這一現(xiàn)象，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．正常工作時(shí)，洗衣機(jī)脫水桶運(yùn)轉(zhuǎn)的頻率比洗衣機(jī)的固有頻率大 B．正常工作時(shí)，洗衣機(jī)脫水桶的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率比洗衣機(jī)的固有頻率小 C．正常工作時(shí)，洗衣機(jī)脫水桶的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率等于洗衣機(jī)的固有頻率 D．當(dāng)洗衣機(jī)振動(dòng)最劇烈時(shí)，脫水桶的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率恰好等于洗衣機(jī)的固有頻率 解析　切斷電源后脫水桶的轉(zhuǎn)速越來(lái)越小，即脫水桶的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率越來(lái)越小，由題意，當(dāng)洗衣機(jī)脫水桶正常工作時(shí)，非常穩(wěn)定，可知，正常工作時(shí)頻率大于洗衣機(jī)的固有頻率，故A選項(xiàng)正確．當(dāng)振動(dòng)最劇烈時(shí)，洗衣機(jī)發(fā)生了共振，即D選項(xiàng)正確． 答案　AD 6．(多選題)如圖所示為一個(gè)彈簧振子做受迫振動(dòng)時(shí)振幅與驅(qū)動(dòng)力頻率之間的關(guān)系圖象，由圖可知(　　) A．振子振動(dòng)頻率為f2時(shí)，它處于共振狀態(tài) B．驅(qū)動(dòng)力頻率為f3時(shí)，振子振動(dòng)頻率為f3 C．若撤去驅(qū)動(dòng)力讓振子做自由振動(dòng)，頻率是f3 D．振子做自由振動(dòng)的頻率可以為f1、f2、f3 解析　由題意可知，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率變化時(shí)，做受迫振動(dòng)物體的振幅在變化，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力頻率為f2時(shí)，受迫振動(dòng)的振幅最大，即發(fā)生共振現(xiàn)象，故A選項(xiàng)正確；做受迫振動(dòng)的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，B選項(xiàng)正確．若撤去外力，物體自由振動(dòng)其頻率為其固有頻率，即應(yīng)為f2，故C、D選項(xiàng)錯(cuò)誤． 答案　AB 7.如圖所示是一個(gè)彈簧振子做阻尼振動(dòng)的振動(dòng)圖象，曲線上A、B兩點(diǎn)連線與橫軸平行，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．振子在A時(shí)刻的動(dòng)能等于B時(shí)刻的動(dòng)能 B．振子在A時(shí)刻的勢(shì)能大于B時(shí)刻的勢(shì)能 C．振子在A時(shí)刻的機(jī)械能等于B時(shí)刻的機(jī)械能 D．振子在A時(shí)刻的機(jī)械能大于B時(shí)刻的機(jī)械能 解析　由于彈簧振子做阻尼振動(dòng)，所以A時(shí)刻的機(jī)械能大于B時(shí)刻的機(jī)械能，C錯(cuò)、D對(duì)；由于彈簧的彈性勢(shì)能與彈簧的形變量(即位移)有關(guān)，振子在A時(shí)刻和B時(shí)刻的形變量相等，故勢(shì)能相等，所以B錯(cuò)；通過(guò)上述分析振子在A時(shí)刻的動(dòng)能大于B時(shí)刻的動(dòng)能，A錯(cuò)． 答案　D 8. (多選題)如圖為單擺在兩次受迫振動(dòng)中的共振曲線，則下列說(shuō)法正確的是(　　) A．若兩次受迫振動(dòng)分別在月球上和地球上進(jìn)行，且擺長(zhǎng)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(dòng)是在地球上同一地點(diǎn)進(jìn)行，則兩次擺長(zhǎng)之比lⅠ:lⅡ＝25:4 C．圖線Ⅱ若是在地面上完成的，則該擺擺長(zhǎng)約為1 m D．若擺長(zhǎng)均為1 m，則圖線Ⅰ是在地面上完成的 解析　受迫振動(dòng)的頻率與固有頻率無(wú)關(guān)，但當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率與物體固有頻率相等時(shí)，受迫振動(dòng)的振幅最大，所以，可以根據(jù)物體做受迫振動(dòng)的共振曲線判斷出物體的固有頻率．根據(jù)單擺振動(dòng)周期公式T＝2π ，可以得到單擺固有頻率f＝＝ ，根據(jù)圖象中f的信息可以推斷擺長(zhǎng)或重力加速度的變化情況． 答案　ABC 9．如圖所示裝置中，曲軸上懸掛一彈簧振子，轉(zhuǎn)動(dòng)搖把，曲軸可以帶動(dòng)彈簧振子上下振動(dòng)．開(kāi)始時(shí)不轉(zhuǎn)動(dòng)搖把，讓振子上下自由振動(dòng)，測(cè)得彈簧振子的振動(dòng)頻率是2 Hz，然后勻速轉(zhuǎn)動(dòng)搖把，轉(zhuǎn)速為240 r/min.當(dāng)振子穩(wěn)定后，它的振動(dòng)周期為(　　) A. s　　　B. s C．2 s　　　D．4 s 解析　設(shè)搖把轉(zhuǎn)速用n表示．轉(zhuǎn)動(dòng)搖把時(shí)通過(guò)曲軸對(duì)彈簧振子產(chǎn)生一周期性的驅(qū)動(dòng)力，使彈簧振子做受迫振動(dòng)，搖把轉(zhuǎn)動(dòng)的周期(即曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)的周期)T＝ s＝ s. 彈簧振子做受迫振動(dòng)的周期等于它受到的驅(qū)動(dòng)力的周期 所以振子的振動(dòng)周期是 s，答案是B. 答案　B 10．如圖所示是用來(lái)測(cè)量各種發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)的原理圖：在一鐵支架MN上焊有固有頻率依次為80 Hz、60 Hz、40 Hz、20 Hz的四個(gè)鋼片a、b、c、d，將M端與正在轉(zhuǎn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)接觸，發(fā)現(xiàn)b鋼片振幅最大，則電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為_(kāi)_______． 解析　由于四個(gè)鋼片在電動(dòng)機(jī)周期性驅(qū)動(dòng)力作用下做受迫振動(dòng)，且當(dāng)鋼片的固有頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率時(shí)，發(fā)生共振，振幅最大．由題意可知，b振幅最大，則b處發(fā)生共振，此時(shí)電機(jī)提供的驅(qū)動(dòng)力頻率等于b的固有頻率60 Hz，則電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為60 r/s. 答案　60 r/s 11．如圖是探究單擺共振條件時(shí)得到的圖象，它表示了振幅跟驅(qū)動(dòng)力頻率之間的關(guān)系，(取π2＝g)試分析： (1)這個(gè)單擺的擺長(zhǎng)是多少？ (2)如果擺長(zhǎng)變長(zhǎng)一些，畫(huà)出來(lái)的圖象的高峰將向哪個(gè)方向移動(dòng)？ 解析　(1)由圖可知，單擺的固有頻率為0.3 Hz T＝＝2π ，解得擺長(zhǎng)L＝ m. (2)若擺長(zhǎng)變長(zhǎng)一些，由T＝2π 知其周期變大，又由 f＝知，頻率變小，圖中最高峰對(duì)應(yīng)的頻率即為此頻率，故向左移動(dòng)． 答案　(1) m　(2)向左 12．秒擺擺球質(zhì)量為0.2 kg，它振動(dòng)到最大位移時(shí)距最低點(diǎn)的高度為0.4 cm，當(dāng)它完成10次全振動(dòng)回到最大位移處時(shí)，因有阻尼作用，距最低點(diǎn)的高度變?yōu)?.3 cm.如果每振動(dòng)10次補(bǔ)充一次能量，使擺球回到原高度，那么1 min內(nèi)總共應(yīng)補(bǔ)給多少能量？(g取9.8 m/s2) 解析　每振動(dòng)10次要補(bǔ)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2 s,1 min內(nèi)完成全振動(dòng)的次數(shù)為30次， 則1 min內(nèi)總共應(yīng)補(bǔ)充的能量為E＝3ΔE＝5.8810－3J. 答案　5.8810－3J 13．汽車(chē)的重量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(chē)開(kāi)動(dòng)時(shí)，在振幅較小的情況下，其上下自由振動(dòng)的頻率滿足f＝ (L為車(chē)廂在平衡位置時(shí)彈簧的壓縮長(zhǎng)度)．若人體可以看成一個(gè)彈性體，其固有頻率約為2 Hz，已知汽車(chē)的質(zhì)量為600 kg，每個(gè)人的質(zhì)量為70 kg，則這輛車(chē)乘坐幾個(gè)人時(shí)，人感覺(jué)到最難受？(g取9.8 m/s2) 解析　人體固有頻率為2 Hz，當(dāng)汽車(chē)的振動(dòng)頻率與其相等時(shí)，人體與之發(fā)生共振，人感覺(jué)最難受． 即f＝ ＝f固， 所以L＝， 解得L＝0.062 1 m. 由胡克定律有kL＝(m1＋nm2)g， 得n＝＝＝5人 答案　5人