2.6 受迫振动 共振 同步课时作业训练 —2021-2022学年高二上学期物理人教版(2019)选择性必修第一册(word含答案)

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名称 2.6 受迫振动 共振 同步课时作业训练 —2021-2022学年高二上学期物理人教版(2019)选择性必修第一册(word含答案)
格式 docx
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资源类型 教案
版本资源 人教版(2019)
科目 物理
更新时间 2021-08-17 05:47:03

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2021-2022年高二物理选择性必修第一册同步课时作业训练
2.6 受迫振动 共振
一、单选题。本大题共10小题,每小题只有一个选项符合题意。
1.如图所示,将一个筛子用四根弹簧支起来(后排的两根弹簧未画出),筛子上装一个电动偏心轮,这就做成了一个共振筛.工作时偏心轮被电动机带动匀速转动,从而给筛子施加与偏心轮转动周期相同的周期性驱动力,使它做受迫振动现有一个固有周期为false的筛子,电动偏心轮的转速是false,在使用过程中发现筛子做受迫振动的振幅较小已知增大偏心轮电动机的输入电压,可使其转速提高;增加筛子的质量,可以增大筛子的固有周期.下列做法中可能实现增大筛子做受迫振动的振幅的是(  )
A.适当增大筛子的质量
B.适当增大偏心轮电动机的输入电压
C.适当增大筛子的质量同时适当增大偏心轮电动机的输入电压
D.适当减小筛子的质量同时适当减小偏心轮电动机的输入电压
2.如图所示为摆长为1m的单摆分别在地球表面和某星球表面做受迫振动的共振曲线,已知该星球表面的重力加速度小于地球表面的重力加速度,地球表面的重力加速度false取false。下列说法正确的是(  )
A.图线Ⅰ是该星球上的单摆共振曲线,图线Ⅱ是地球上的单摆共振曲线
B.图线Ⅰ是地球上的单摆共振曲线,图线Ⅱ是该星球上的单摆共振曲线
C.将一摆钟从地球移到该星球上,摆钟会变快
D.该星球表面的重力加速度约为false
3.如图所示为受迫振动的演示装置,当单摆A振动起来后,通过水平悬绳迫使单摆B、C振动,则下列说法正确的是(  )
A.只有A、C摆振动周期相等
B.A摆的振幅比B摆的小
C.B摆的振幅比C摆的大
D.A、B、C三摆的振动周期相等
4.任何物体都有自己的固有频率。研究表明,如果把人作为一个整体来看,在水平方向上振动时的固有频率约为5 Hz。当工人操作风镐、风铲、铆钉机等振动机械时,操作者在水平方向将做受迫振动。在这种情况下,下列说法正确的是(  )
A.操作者的实际振动频率等于他自身的固有频率
B.操作者的实际振动频率等于机械的振动频率
C.为了保证操作者的安全,振动机械的频率应尽量接近人的固有频率
D.为了保证操作者的安全,应尽量提高操作者的固有频率
5.一洗衣机在正常工作时非常平稳,当切断电源后,发现洗衣机先是振动越来越剧烈,然后振动再逐渐减弱,对这一现象,下列说法正确的是(  )
①正常工作时,洗衣机波轮的运转频率比洗衣机的固有频率大 ②正常工作时,洗衣机波轮的运转频率比洗衣机的固有频率小 ③正常工作时,洗衣机波轮的运转频率等于洗衣机的固有频率 ④当洗衣机振动最剧烈时,波轮的运转频率恰好等于洗衣机的固有频率
A.② B.③ C.①④ D.②④
6.关于固有频率,下列说法正确的是(  )
A.振幅越大,固有频率越小 B.所有物体的固有频率都相同
C.物体不振动时固有频率为0 D.固有频率是由振动系统本身决定的
7.单摆在空气中做阻尼振动,下列说法中正确的是(  )
A.位移逐渐减小
B.速度逐渐减小
C.动能逐渐减小
D.振动的能量逐渐转化为其他形式的能
8.如图所示的装置,弹簧振子的固有频率是4Hz。现匀速转动把手,给弹簧振子以周期性的驱动力,测得弹簧振子振动达到稳定时的频率为1Hz,则把手转动的频率为(  )
A.1Hz B.3Hz C.4Hz D.5Hz
9.A、B两个单摆,A摆的固有频率为f,B摆的固有频率为4f,若让它们在频率为5f的驱动力作用下做受迫振动,那么A、B两个单摆比较(  )
A.A摆的振幅较大,振动频率为f
B.B摆的振幅较大,振动频率为5f
C.A摆的振幅较大,振动频率为5f
D.B摆的振幅较大,振动频率为4f
10.把调准的摆钟由北京移到赤道,这钟的变化及调整正确的是(  )
A.变慢了,要使它变准应该增加摆长
B.变慢了,要使它变准应该减短摆长
C.变快了,要使它变准应该增加摆长
D.变快了,要使它变准应该减短摆长
二、多选题。本大题共3小题,每小题有一个选项或多个选项符合题意。
11.在如图所示装置中,在曲轴AB上竖直悬挂一个弹簧振子。若不转动把手C,让弹簧振子上下振动,测得其周期为1 s;若将把手C以0.5 s的周期匀速转动,振子的振动稳定后,其振幅为2 cm,则(  )
A.把手C转动后,弹簧振子的振动周期为0.5 s
B.为使弹簧振子的振幅增大为3 cm,可让把手C转速减小
C.为使弹簧振子的振幅减小为1 cm,可让把手C转动周期减小
D.把手C的转速越大,弹簧振子的振幅越大
12.下列说法正确的是(  )
A.当f驱接近f固时,驱动力作为动力的次数多
B.当f驱=f固时,驱动力始终是动力
C.当f驱=f固时,受迫振动的振幅始终增大
D.不论f驱与f固相差多少,驱动力始终是动力
13.甲、乙两位同学利用假期分别在两个地方做“用单摆测量重力加速度的实验”,回来后共同绘制了T2-L图像,如图甲中A、B所示,此外甲同学还顺便利用其实验的单摆探究了受迫振动,并绘制了单摆的共振曲线,如图乙所示,那么下列说法中正确的是(  )
A.单摆的固有周期由摆长和所处环境的重力加速度共同决定
B.由图甲分析可知A图线所对应的实验地点重力加速度较大
C.若将单摆放入绕地球稳定飞行的宇宙飞船中,则无法利用单摆测出飞船轨道处的引力加速度
D.由图乙可知,甲同学探究受迫振动的单摆摆长为8 cm
三、填空题。本大题共4小题。
14.甲、乙两个弹簧振子的固有频率分别为f和5f,都在频率为2f的驱动力作用下做受迫振动,振幅较大的是_______,甲的振动频率为_______ f,乙的振动频率为_______ f .
15.如图所示,在曲柄A上悬挂一个弹簧振子,如果转动摇把C可带动曲轴BAD,用手往下拉振子,再放手使弹簧振子上下振动,测得振子在10s内完成20次全振动,然后匀速转动摇把,当转速为_______r/min,弹簧振子振动最剧烈,稳定后的振动周期为________s。
16.若列车车厢与其负荷总质量为m=55.0t,车厢弹簧每受1.0t重就被压缩S=0.80mm,我国铁路一般轨长为L=12.6m,列车的危险速率(发生激烈颠簸时的速率)为________.
17.如图所示是单摆做阻尼振动的振动图线。
则摆球A时刻的动能________B时刻的动能,摆球A时刻的势能________B时刻的势能。
四、解答题。本大题共3小题,解答过程必修有必要的文字说明,公式和解题过程。
18.如图是一个单摆的共振曲线。
(1)试估计此单摆的摆长。
(2)若摆长增大,共振曲线振幅最大值所对应的横坐标将怎样变化?
19.如图所示,把一个筛子用弹簧支起来,筛子上有一个电动偏心轮,它每转一周,会给筛子一个驱动力,这样就做成了一个共振筛。筛子做自由振动时,完成10次全振动用时15s。在某电压下,电动偏心轮的转速是36r/min。已知增大电压可使偏心轮的转速提高,增加筛子质量可使筛子的固有周期增大。要使筛子的振幅增大,可采用哪些方法?请说明理由。
20.如图所示,曲轴上悬挂一弹簧振子,转动摇把,曲轴可以带动弹簧振子上下振动。
(1)开始时不转动摇把,而用手往下拉振子,然后放手让振子上下振动,测得振子在10 s内完成20次振动,不考虑阻力,振子做什么振动?其固有周期和固有频率各是多少?若考虑阻力,振子做什么振动?
(2)在振子正常振动过程中,以转速4 r/s匀速转动把手,振子的振动稳定后,振子做什么运动?其周期是多少?
参考答案
1.D
【解析】在题给条件下,筛子振动的固有频率为
false
电动机偏心轮的转动频率(对筛子来说是驱动力的频率)为
false
要使筛子的振幅增大,就得使这两个频率接近,可采用的方法有:①适当减小偏心轮电动机的输入电压,减小驱动力的频率;②适当减小筛子的质量,使筛子的固有频率增大;③适当减小筛子的质量同时适当减小偏心轮电动机的输入电压。
故选D。
2.A
【解析】AB.该星球表面的重力加速度小于地球表面的重力加速度,根据
false
可知,单摆在该星球表面的固有周期较大,固有频率较小,由题图可知,图线Ⅰ是该星球上的单摆共振曲线,图线Ⅱ是地球上的单摆共振曲线,A正确,B错误;
C.将一摆钟从地球移到该星球上,摆钟的摆动周期会变大,摆钟会变慢,C错误;
D.根据
false
可知
false
则该星球表面的重力加速度约为
false
D错误。
故选A。
3.D
【解析】AD.当单摆A振动起来后,单摆B、C做受迫振动,做受迫振动的物体的周期(或频率)等于驱动力的周期(或频率),选项A错误,D正确;
BC.当物体的固有频率等于驱动力的频率时,发生共振现象,振幅最大,故C摆的振幅大于B,A摆和B摆摆长不相同,且B摆为受迫振动,故A的振幅大于B,故B、C错误;
故选D。
4.B
【解析】AB.物体在周期性驱动力作用下做受迫振动,受迫振动的频率等于驱动力的频率,与固有频率无关,可知操作者的实际频率等于机械的振动频率,故A错误,B正确;
C.当驱动力频率等于物体的固有频率时,物体的振幅最大,产生共振现象,所以为了保证操作者的安全,振动机械的频率应尽量远离人的固有频率,故C错误;
D.有关部门作出规定:拖拉机、风镐、风铲、铆钉机等各类振动机械的工作频率必须大于20 Hz,操作者的固有频率无法提高,故D错误。
故选B。
5.C
【解析】正常工作时,洗衣机波轮的运转频率比洗衣机的固有频率大,洗衣机切断电源后,波轮的转动逐渐慢下来,在某一小段时间内洗衣机发生了强烈的振动,说明此时波轮的频率与洗衣机的固有频率相同,发生了共振。此后波轮转速减慢,则f驱<f固,所以共振现象消失,洗衣机的振动随之减弱。
故选C。
6.D
【解析】系统不受外力作用时振动的频率称为固有频率,固有频率由系统本身的性质(如质量、形状、材质等)决定,与系统的振幅以及系统是否振动无关,并且所有物体的固有频率不可能都相同,故ABC错误,D正确。
故选D。
7.D
【解析】D.单摆在空气中做阻尼振动时,由于克服阻力做功,所以振动能量会逐渐减少,并转化为其他形式的能,选项D正确;
ABC.但是其位移、速度以及动能会交替变化,所以选项ABC错误;
故选D。
8.A
【解析】弹簧振子振动达到稳定时的频率为1Hz,即受迫振动的频率为1Hz,则驱动力的频率为1Hz.
故选A。
9.B
【解析】A、B两摆均做受迫振动,其振动频率应等于驱动力的频率,即5f,因B摆的固有频率接近驱动力的频率,故B摆的振幅较大。
故选B。
10.B
【解析】由北京移到赤道g变小,由单摆的周期公式
false
可知,T变大,即摆钟变慢了,要使它准确应减短摆长,所以B正确;ACD错误;
故选B。
11.ABC
【解析】A.把手匀速转动时,弹簧振子做受迫振动,其振动周期等于驱动力的周期,即为0.5 s,故A正确;
B.要使弹簧振子的振幅增大,可让把手转速减小,周期增大,与固有周期接近或相等时,振幅可增大,故B正确;
C.要使弹簧振子的振幅减小,可让把手转速增大,周期减小,故C正确;
D.把手C的转速越大,周期越小,与固有周期相差越大,振幅越小,故D错误。
故选ABC。
12.AB
【解析】物体做受迫振动时,驱动力可能在某段时间内对物体做正功,也可能做负功。当驱动力频率接近固有频率时,做正功的次数多。若f驱=f固,驱动力一直做正功,但振幅不一定一直增大,当补充的能量等于转化成其他形式的能量时,振幅达到稳定状态,所以AB正确;CD错误;
故选AB。
13.AC
【解析】A.单摆的固有周期为
false
L为摆长,g为当地重力加速度,故A正确;
B.根据
false

false
所以T2-L图像的斜率为
false
题图甲中A图线的斜率大于B图线的斜率,故A图线对应的重力加速度较小,故B错误;
C.若将单摆放入绕地球稳定飞行的宇宙飞船中,单摆小球处于完全失重状态,只受重力,不能在竖直平面内来回摆动,故C正确;
D.由题图乙可知,当驱动力的频率为0.5 Hz时,摆球发生共振,故系统的固有频率为0.5 Hz,固有周期
false
根据
false
解得摆长L≈1 m,故D错误。
故选AC。
14.甲 2 2
【解析】受迫振动的频率等于驱动力的频率,当系统的固有频率等于驱动力的频率时,系统达到共振,振幅达最大.故甲、乙两个单摆都做受迫振动,频率为2f,甲摆的固有频率与驱动力的频率比较接近,所以甲的振幅较大.
15.120r/min 0.5s
【解析】[1]振子在10s内完成20次全振动,故固有频率为2Hz,当受迫振动的频率接近于振子的固有频率时,会发生共振,故摇把转速为:
false
[2]稳定后的振动周期
false
16.108km/h
【解析】对弹簧分析,根据:
false
解得:falseN/m
弹簧振子的固有周期为:
false
代入数据得:falses
设列车发生激烈颠簸时的速率v,则有:
false
代入数据解得:v=108km/h
17.大于 等于
【解析】[1][2]在单摆振动过程中,因不断克服空气阻力做功使机械能逐渐转化为内能;虽然单摆总的机械能在逐渐减小,但在振动过程中动能和势能仍不断地相互转化。由于A,B两时刻,单摆的位移相等,所以势能相等,但动能不相等,摆球A时刻的动能大于B时刻的动能。
18.(1)2.78m;(2) 共振曲线振幅最大值所对应的横坐标将向左移动。
【解析】(1)由图可知,此单摆振动固有频率为f=0.3HZ,则周期为
false
根据单摆的周期公式
false

false
(2)若将摆长增大,有单摆的周期公式可知,单摆的固有周期增大,固有频率减小,则共振曲线的峰将向左移动。
19.增大驱动力的频率,或减小筛子的固有频率
【解析】根据题意,筛子的固有频率为
false
电动机某电压下,电动偏心轮的转速是36r/min,即为
false
小于筛子的固有频率;故要使振幅变大,可增大驱动力的频率,或增加筛子的质量,减小筛子的固有频率。
20.(1)简谐运动,0.5 s,2 Hz,阻尼振动;(2)受迫振动,0.25 s
【解析】(1)用手往下拉振子,放手后,因振子所受回复力满足
false
所以做简谐运动,根据题意
false

false
由于阻力的存在,振子克服阻力做功消耗能量,振幅越来越小,故振动为阻尼振动。
(2)由于把手转动的转速为4 r/s,它给弹簧振子的驱动力频率为f驱=4 Hz,周期T驱=0.25 s,故振子做受迫振动。振动达到稳定状态后,其频率(或周期)等于驱动力的频率(或周期),而跟固有频率(或周期)无关。即f=f驱=4 Hz,T=T驱=0.25 s。