2024-2025學(xué)年高中物理第十一章第5節(jié)外力作用下的振動練習(xí)含解析新人教版選修3-4

PAGE6-外力作用下的振動[隨堂檢測]1．(多選)日本宮城縣和巖手縣等地發(fā)生9.0級地震，導(dǎo)致許多房屋坍塌，場景慘不忍睹，就此事務(wù)，下列說法不正確的有()A．全部建筑物振動周期相同B．建筑物的振動周期由其固有周期確定C．全部建筑物振幅相同D．全部建筑物均做受迫振動解析：選BC.由于物體做受迫振動達(dá)到穩(wěn)定后的振動周期是由驅(qū)動力的周期來確定的，而跟振動物體本身的固有周期無關(guān)，而發(fā)生共振的條件是驅(qū)動力的頻率等于物體本身固有的頻率，故A、D正確，B、C錯誤．2．在飛機(jī)的發(fā)展史中有一個階段，飛機(jī)上天后不久，飛機(jī)的機(jī)翼很快就抖動起來，而且越抖越厲害，后來人們經(jīng)過了艱苦的探究，利用在飛機(jī)機(jī)翼前緣處裝置一個配重桿的方法，解決了這一問題．在飛機(jī)機(jī)翼前裝置配重桿的主要目的是()A．加大飛機(jī)的慣性 B．使機(jī)體更加平衡C．使機(jī)翼更加堅固 D．變更機(jī)翼的固有頻率解析：選D.當(dāng)驅(qū)動力的頻率與物體的固有頻率相等時，發(fā)生共振，振幅最大，因此要減弱機(jī)翼的振動，必需變更機(jī)翼的固有頻率，選D.3．(多選)如圖所示為一個彈簧振子做受迫振動時振幅與驅(qū)動力頻率之間的關(guān)系圖象，由圖可知()A．振子振動頻率為f2時，它處于共振狀態(tài)B．驅(qū)動力頻率為f3時，振子振動頻率為f3C．若撤去驅(qū)動力讓振子做自由振動，頻率是f3D．振子做自由振動的頻率可以為f1、f2、f3解析：選AB.由共振曲線可知，出現(xiàn)振幅最大，則固有頻率等于受迫振動的頻率，即為f2.故A正確．受迫振動的頻率有驅(qū)動力頻率確定，驅(qū)動力的頻率為f3時，振子振動的頻率也為f3，故B正確．當(dāng)驅(qū)動力頻率等于固有頻率時，振子的振動幅度最大，故由圖看出固有頻率為f2.振子自由振動的頻率由系統(tǒng)本身確定，為f2.故C錯誤．振子作自由振動時，頻率由系統(tǒng)本身確定，為f2.故D錯誤．4．如圖所示，曲軸上掛一個彈簧振子，轉(zhuǎn)動搖把曲軸可帶動彈簧振子上下振動．起先時不轉(zhuǎn)動搖把，讓振子自由振動，測得頻率為2Hz，現(xiàn)勻速轉(zhuǎn)動搖把，轉(zhuǎn)速為240r/min，則()A．當(dāng)振子穩(wěn)定振動時，它的振動周期是0.5sB．當(dāng)振子穩(wěn)定振動時，它的振動周期是0.25sC．當(dāng)轉(zhuǎn)速為240r/min時，彈簧振子的振幅最大D．轉(zhuǎn)速越大，彈簧振子的振幅就越大解析：選B.搖把的轉(zhuǎn)速為n＝240r/min＝4r/s，它的周期T＝eq\f(1,n)＝eq\f(1,4)s＝0.25s；轉(zhuǎn)動搖把時，彈簧振子做受迫振動；振子做受迫振動，振動周期等于驅(qū)動力的周期，當(dāng)振子穩(wěn)定振動時，它的振動周期是0.25s，故A錯誤，B正確；彈簧振子的固有周期T固＝eq\f(1,f固)＝eq\f(1,2Hz)＝0.5s，當(dāng)驅(qū)動力周期是0.5s時，供應(yīng)驅(qū)動力的搖把轉(zhuǎn)速為2r/s＝120r/min，振子發(fā)生共振，振幅最大，故C錯誤；搖把轉(zhuǎn)動的周期與彈簧振子固有周期相差越小，振子的振幅越大，并不是轉(zhuǎn)速越大，彈簧振子的振幅就越大，故D錯誤．[課時作業(yè)][學(xué)生用書P93(單獨(dú)成冊)]一、單項(xiàng)選擇題1．單擺在振動過程中，搖擺幅度越來越小，這是因?yàn)?)A．能量正在漸漸殲滅B．動能正在轉(zhuǎn)化為勢能C．機(jī)械能守恒D．總能量守恒，削減的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能解析：選D.能量不能被殲滅，只能發(fā)生轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移，故A錯誤．單擺在運(yùn)動中由于受到空氣阻力，要克服空氣阻力做功，機(jī)械能漸漸減小，轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，由能量守恒定律可知，總能量是守恒的，故B、C錯誤，D正確．2．工廠里，有一臺機(jī)器正在運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)其飛輪轉(zhuǎn)得很快的時候，機(jī)器的振動并不猛烈，切斷電源，飛輪轉(zhuǎn)動漸漸慢下來，到某一時刻t，機(jī)器發(fā)生了猛烈的振動，此后，飛輪轉(zhuǎn)動得更慢，機(jī)器的振動反而減弱，這種現(xiàn)象說明()A．在時刻t飛輪慣性最大B．在時刻t飛輪轉(zhuǎn)動的頻率最大C．在時刻t飛輪轉(zhuǎn)動的頻率與機(jī)身的固有頻率相等，發(fā)生共振D．純屬偶然現(xiàn)象，并無規(guī)律解析：選C.飛輪轉(zhuǎn)動的越來越慢時，做受迫振動的頻率在減小，當(dāng)減小到跟機(jī)器的固有頻率相等時，發(fā)生共振，振動最猛烈，然后受迫振動的頻率接著減小，遠(yuǎn)離固有頻率，振動又減弱．故A、B、D錯誤，C正確．3．部隊經(jīng)過橋時，規(guī)定不許齊步走，登山運(yùn)動員登雪山時，不許高聲叫喊，主要緣由是()A．減輕對橋的壓力，避開產(chǎn)生回聲B．削減對橋、雪山的沖擊C．避開使橋和雪山發(fā)生共振D．使橋受到的壓力更不勻稱，使登山運(yùn)動員耗散能量削減解析：選C.部隊過橋時如齊步走，給橋梁施加周期性外力，簡潔使橋的振動幅度增加，即發(fā)生共振，造成橋梁倒塌；登山運(yùn)動員登雪山時高聲叫喊，聲波簡潔引發(fā)雪山共振而發(fā)生雪崩，故應(yīng)選C.4．兩個彈簧振子，甲的固有頻率為f，乙的固有頻率為4f，當(dāng)它們均在頻率為3f的驅(qū)動力作用下做受迫振動時()A．甲的振幅比乙大，振動頻率為fB．乙的振幅比甲大，振動頻率為3fC．甲的振幅比乙大，振動頻率為3fD．乙的振幅比甲大，振動頻率為4f解析：選B.受迫振動的頻率等于驅(qū)動力的頻率，當(dāng)系統(tǒng)的固有頻率等于驅(qū)動力的頻率時，系統(tǒng)達(dá)到共振，振幅達(dá)最大．故甲、乙兩個振子都做受迫振動，頻率為3f，乙的固有頻率與驅(qū)動頻率相差較小，所以乙的振幅較大，所以A、C、D錯誤，B正確．5.如圖所示，兩個質(zhì)量分別為m0和m的小球A、B，懸掛在同一根水平細(xì)線上，當(dāng)A在垂直于水平細(xì)線的平面內(nèi)搖擺時，下列說法不正確的是()A．兩擺的振動周期是相同的B．當(dāng)兩擺的擺長相等時，B擺的振幅最大C．懸掛A的豎直細(xì)線長度變更時，B的振幅不變D．B擺的振幅可能超過A擺的振幅解析：選C.A搖擺時，B擺做受迫振動，穩(wěn)定后，B擺的振動周期應(yīng)等于驅(qū)動力的周期，即等于A擺的周期，故選項(xiàng)A正確；當(dāng)B擺長與A擺長相等時，兩者的固有周期相等，而A擺的固有周期就是使B做受迫振動的驅(qū)動力的周期，可見B擺處于共振狀態(tài)，選項(xiàng)B正確；A擺長發(fā)生變更，就是使B做受迫振動的驅(qū)動力周期發(fā)生變更，由于B的固有周期不變，這樣兩個周期差別就發(fā)生了變更，因而B的振幅也發(fā)生了變更，選項(xiàng)C錯誤；單擺振動的能量不僅與振幅有關(guān)，還跟振動系統(tǒng)的質(zhì)量有關(guān)，假如A的質(zhì)量比B大得多，從A向B傳遞的能量有可能使B的振幅大于A的振幅，選項(xiàng)D正確．6．手機(jī)是常用的通信工具，當(dāng)來電話時，它可以用振動來提示人們．振動原理很簡潔：是一個微型電動機(jī)帶動轉(zhuǎn)軸上的葉片轉(zhuǎn)動．當(dāng)葉片轉(zhuǎn)動后，電動機(jī)就跟著振動起來．其中葉片的形態(tài)你認(rèn)為是下圖中的()解析：選A.B、C、D中圖形均為中心對稱圖形，轉(zhuǎn)動起來不會引起振動．二、多項(xiàng)選擇題7．彈簧振子在空氣中做阻尼振動，下列說法中不正確的是()A．振子位移漸漸減小B．振動周期漸漸減小C．振子動能漸漸減小D．振動系統(tǒng)的能量漸漸減小解析：選ABC.振子在空氣中做阻尼振動時，振幅減小，周期不變，總能量減小，A、B、C錯誤．8．一臺洗衣機(jī)在正常工作時特別平穩(wěn)，當(dāng)切斷電源后，發(fā)覺洗衣機(jī)先是振動越來越猛烈，然后振動再漸漸減弱，對這一現(xiàn)象，下列說法正確的是()A．正常工作時，洗衣機(jī)波輪的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率比洗衣機(jī)的固有頻率大B．正常工作時，洗衣機(jī)波輪的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率比洗衣機(jī)的固有頻率小C．正常工作時，洗衣機(jī)波輪的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率等于洗衣機(jī)的固有頻率D．當(dāng)洗衣機(jī)振動最猛烈時，波輪的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率恰好等于洗衣機(jī)的固有頻率解析：選AD.切斷洗衣機(jī)電源，波輪的轉(zhuǎn)動漸漸慢下來，在某一小段時間內(nèi)洗衣機(jī)發(fā)生了猛烈的振動，說明此時波輪的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率與洗衣機(jī)的固有頻率相同，發(fā)生了共振．此后波輪的轉(zhuǎn)速減慢，則f驅(qū)<f固，所以共振現(xiàn)象消逝，洗衣機(jī)的振動隨之減弱，所以正確選項(xiàng)是A、D.9．在喜劇電影《功夫》中，包租婆的“獅子吼”可以將酒杯震碎．若我們用手指輕彈同樣的酒杯，聽到嘹亮的聲音，并測得該聲音的頻率為f.下列說法正確的是()A．包租婆震碎酒杯是聲波的共振現(xiàn)象B．包租婆震碎酒杯是聲波的干涉現(xiàn)象C．包租婆發(fā)出的震碎酒杯的“獅子吼”的頻率肯定接近fD．包租婆發(fā)出的震碎酒杯的“獅子吼”的頻率肯定遠(yuǎn)大于f解析：選AC.依據(jù)共振的條件與共振的特點(diǎn)可知，當(dāng)物體發(fā)生共振時，物體振動的振幅最大，甚至可能造成物體解體，故用“獅子吼”將酒杯震碎是共振現(xiàn)象，而發(fā)生共振的條件是驅(qū)動力的頻率等于物體的固有頻率，而酒杯的固有頻率為f，故“獅子吼”頻率肯定接近f.故A、C正確．10．某簡諧振子，自由振動時的振動圖象如圖甲中的曲線Ⅰ所示，而在某驅(qū)動力作用下做受迫振動時，穩(wěn)定后的振動圖象如圖甲中的曲線Ⅱ所示，那么，此受迫振動對應(yīng)的狀態(tài)可能是圖乙中的()A．a(chǎn)點(diǎn) B．b點(diǎn)C．c點(diǎn) D．肯定不是c點(diǎn)解析：選AD.振子的固有周期與驅(qū)動力周期的關(guān)系是T驅(qū)＝eq\f(3,2)T固，所以受迫振動的狀態(tài)肯定不是圖乙中的b點(diǎn)和c點(diǎn)，可能是a點(diǎn)，故選AD.三、非選擇題11．如圖所示，一個豎直圓盤轉(zhuǎn)動時，固定在圓盤上的小圓柱帶動一個T形支架在豎直方向振動，T形支架的下面系著一個彈簧和小球組成的振動系統(tǒng)，小球浸沒在水中．當(dāng)圓盤靜止時，讓小球在水中振動，球?qū)⒆鲎枘嵴駝樱F(xiàn)使圓盤以不同的頻率振動，測得共振曲線如圖．(為便利計算g＝9.86m/s2，π＝3.14)(1)當(dāng)圓盤以0.4s的周期勻速轉(zhuǎn)動，經(jīng)過一段時間后，小球振動達(dá)到穩(wěn)定，它振動的頻率是多少？(2)若一個單擺的搖擺周期與球做阻尼振動的周期相同，該單擺的擺長為多少？(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)解析：(1)小球振動達(dá)到穩(wěn)定時周期為0.4s，頻率為2.5Hz.(2)由圖象可以看出單擺的固有頻率為0.3Hz，周期為eq\f(1,0.3)s，由單擺的周期公式T＝2πeq\r(\f(L,g))解得L＝eq\f(T2g,4π2)＝eq\f(1,0.32)×eq\f(9.86,4×3.142)m≈2.78m.答案：(1)2.5Hz(2)2.78m12．在某校試驗(yàn)室中有個試驗(yàn)儀器如圖甲所示，五個擺懸掛于同一根繃緊的水平繩上．如圖乙所示是E單擺做受迫振動時的共振曲線，它表示振幅與驅(qū)動力的頻率的關(guān)系．問：(擺角不超過5°，重力加速度g取π2)(1)先讓A、B、C、D其中的哪一個擺搖擺起來，E單擺的振動最為猛烈．(2)E單擺的擺長的大?。?3)若將E擺從廣東移至北京某中學(xué)的試驗(yàn)室中，共振曲線的“峰”將怎樣移動．解析：(1)由圖甲可知，E與