2021-2022学年人教版(2019)选择性必修第一册
2.6受迫振动共振 同步练习(解析版)
1.下列说法与振动有关,其中正确的是( )
A.周期是1秒的单摆叫秒摆
B.摆钟走得快了必须调短摆长,才可能使其走时准确
C.挑水时为了防止水从桶中荡出,可以加快或减慢走路的频率
D.在连续均匀的海浪冲击下,停在海面的小船上下振动,是共振现象
2.如图所示是一个单摆做受迫振动时的共振曲线,表示振幅A与驱动力频率f 的关系,下列说法正确的是
A.摆长约为10cm
B.摆长约为10m
C.若增大摆长,共振曲线的“峰”将向右移动
D.若增大摆长,共振曲线的“峰”将向左移动
3.如图所示,甲、乙两个单摆摆长分别是l1、l2,悬挂在同一根拉紧的细绳上,若把a球垂直于纸面向外拉离平衡位置一个很小的角度,放手后a作简谐运动( )
A.b始终保持静止
B.b作受迫振动,周期是2π
C.b发生共振
D.b作受迫振动,周期是2π
4.如图所示,五个摆悬挂于同一根绷紧的水平绳上,A是摆球质量较大的摆,让它摆动后带动其他摆运动,下列结论正确的是( )
A.只有E摆的振动周期与A摆的相同
B.其他各摆的振幅都相等
C.其他各摆的振幅不同,E摆的振幅最大
D.其他各摆的振动周期不同,D摆周期最大
5.如图所示,在一根张紧的水平绳上挂几个摆,其中 A,E 摆长相 等;先让 A 摆振动起来,其他各摆随后也跟着振动起来,则( )
A.其它各摆摆动周期跟 A 摆相同
B.其它各摆振动振幅大小相同
C.其它各摆振动振幅大小不相同,E 摆振幅最小
D.其它各摆振动周期大小不同,D 摆周期最大
6.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的筛子,电动偏心轮的转速是,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
7.如图所示,A球振动后,通过水平细绳迫使B、C振动,振动达到稳定时,下列说法中正确的是( )
A.只有A、C的振动周期相等
B.C的振幅比B的振幅小
C.C的振幅比B的振幅大
D.B球的固有周期等于A球的固有周期
8.如图所示是一个单摆做受迫振动时的共振曲线,表示振幅A与驱动力的频率f的关系,下列说法正确的是( )
A.摆长约为10 cm
B.摆长约为0.5 cm
C.若增大摆长,共振曲线的“峰”将向右移动
D.若增大摆长,共振曲线的“峰”将向左移动
9.在实验室可以做“声波碎杯”的实验。用手指轻弹一只酒杯,可以听到清脆的声音,测得这声音的频率为500Hz。将这只酒杯放在两只大功率的声波发生器之间,操作人员通过调整其发出的声波,就能使酒杯碎掉。下列说法中正确的是( )
A.操作人员一定是把声波发生器的功率调到最大
B.操作人员一定是使声波发生器发出了频率很高的超声波
C.操作人员一定是同时增大了声波发生器发出声波的频率和功率
D.操作人员必须将声波发生器发出的声波频率调到500Hz
10.一个单摆做受迫振动,其共振曲线(振幅A与驱动力的频率f的关系)如图所示,则( )
A.此单摆的固有周期约为0.5s
B.此单摆的摆长约为2m
C.若摆长增大,单摆的固有频率增大
D.若将此单摆由山脚移至山顶,共振曲线的峰将略微向左移动
11.某同学在研究单摆的受迫振动时,得到如图所示的共振曲线。横轴表示驱动力的频率,纵轴表示稳定时单摆振动的振幅。已知重力加速度为g,下列说法中正确的是( )
A.由图中数据可以估算出摆球的摆长
B.由图中数据可以估算出摆球的质量
C.由图中数据可以估算出摆球的最大动能
D.如果增大该单摆的摆长,则曲线的峰值将向右移动
12.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
13.下列说法中错误的有( )
A.阻尼振动的振幅不断减小
B.物体做阻尼振动时,随着振幅的减小,频率也不断减小
C.阻尼振动的振幅逐渐减小,所以周期也逐渐减小
D.阻尼过大时,系统将不能发生振动
14.如图所示演示装置,一根张紧的水平绳上挂着5个单摆,其中A、D摆长相同,先使A摆摆动,其余各摆也摆动起来,可以发现( )
A.各摆摆动的周期均与A摆相同 B.B摆振动的周期最短
C.D摆的振幅最大 D.C摆振动的周期最长
15.某振动系统的固有频率为,在周期性驱动力的作用下做受迫振动,驱动力的频率为f。下列说法正确的是( )
A.当时,该振动系统的振幅随f增大而减小
B.当时,该振动系统的振幅随f减小而增大
C.当时,该振动系统的振幅最大
D.该振动系统的振动稳定后,振动的频率等于f
E.只有发生共振时,受迫振动的频率才等于驱动力的频率
16.下列说法正确的是( )
A.做简谐运动的物体,当速率减小时,回复力一定增大,且速度与回复力方向一定相反
B.在同一地点,单摆做简谐振动的周期的平方与单摆的摆长成正比,与振幅和摆球质量无关
C.做阻尼振动的系统,其振动的位移一定越来越小
D.要防止共振时,应使驱动力的频率远离振动系统的固有频率
E.已知弹簧振子初始时刻的位置及其振动周期,就可知振子在任意时刻运动速度的方向
17.如图为一单摆的共振曲线,
(1)请你根据图中的数据算出该单摆的摆长约为多少?
(2)共振时单摆的振幅多大?其摆动的最大摆角为多少?(g取10 m/s2)
18.如图所示为一单摆的共振曲线,该单摆的摆长约为多少?共振时单摆的振幅是多大?共振时摆球的最大速度和摆球振动的最大加速度各为多少?(g取)
参考答案
1.C
【详解】
A.周期是2秒的单摆叫秒摆,故A错误;
B.根据单摆周期公式知摆钟走得快了说明周期变小,必须调长摆长,才可能使其走时准确,故B错误;
C.挑水的人由于行走,使扁担和水桶上下振动,当扁担与水桶振动的固有频率等于人迈步的频率时,发生共振,结果水桶中的水溢出。为了防止水从水桶中荡出,可以加快或减慢走路的步频。故C正确;
D.小船受到海浪的冲击上下振动,是受迫振动。故D错误。
故选C。
2.D
【详解】
根据图像可知,当驱动力的频率为0.5HZ时,振幅最大,所以单摆的频率也为0.5HZ,周期为2s.根据
可求得
L=1m
若增大摆长,则周期增大,频率减小,所以共振曲线的“峰”将向左移动.
故选D.
3.B
【详解】
a自由振动,带动b摆动,故b是受迫振动,周期等于驱动力的周期,即a的振动周期为
T=2π
驱动力周期不等于b摆动的周期,故b不能发生共振。
故选B。
4.C
【详解】
A摆摆动,其余各摆也摆动起来,它们均做受迫振动,则它们的振动周期均等于A摆的摆动周期,而由于A、E摆长相同,这两个摆的固有周期相同,则E摆出现共振现象,振幅达到最大;故选C.
5.A
【详解】
A摆摆动,其余各摆也摆动起来,它们均做受迫振动,则它们的振动频率均等于A摆的摆动频率,振动周期都等于A摆的振动周期,故A正确,D错误;由于A、E摆长相同,所以这两个摆的固有频率相同,则E摆出现共振现象,振幅最大.故B C错误.
6.D
【详解】
在题给条件下,筛子振动的固有频率为
电动机偏心轮的转动频率(对筛子来说是驱动力的频率)为
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。
7.C
【详解】
ABC.由题意,A的质量最大,A做自由振动,其振动周期就等于其固有周期,而B、C在A产生的驱动力作用下做受迫振动,受迫振动的周期等于驱动力的周期,即等于A的固有周期,所以三个单摆的振动周期相等,由于C、A的摆长相等,则C的固有周期与驱动力周期相等,产生共振,其振幅比B摆大,故AB错误,C正确;
D.由单摆周期公式可知,B球的固有周期不等于A球的固有周期,故D错误。
故选C。
8.D
【详解】
AB. 由共振曲线可知:当驱动力频率f=0.5Hz时产生共振现象,则单摆的固有频率f=0.5Hz。由单摆的频率公式得摆长为:
故AB错误;
CD. 由单摆的频率公式得,当摆长增大时,单摆的固有频率减小,产生共振的驱动力频率也减小,共振曲线的“峰”向左移动。故D正确,C错误。
故选D。
9.D
【详解】
当物体发生共振时,物体振动的振幅最大,甚至可能造成物体解体,将这只酒杯放在两只大功率的声波发生器之间,操作人员通过调整其发出的声波,将酒杯震碎是共振现象,而发生共振的条件是驱动力的频率等于物体的固有频率,而酒杯的故有频率为500Hz,故操作人员必须将声波发生器发出的声波频率调到500Hz。
故选D。
10.D
【详解】
A.当驱动力的频率接近固有频率时,振动的幅度最大,此时达到共振,由图象可知固有频率为0.5Hz,故有周期为2s,A错误;
B.根据
将单摆的振动周期为2s代入,可得摆长
B错误;
C.若摆长增大,单摆的固有周期增大,固有频率减小,C错误;
D.由于山顶处重力加速度减小, 若将此单摆由山脚移至山顶,单摆的振动周期变大,振动频率减小,共振曲线的峰将略微向左移动,D正确。
故选D。
11.A
【详解】
A.由共振曲线可知当驱动力频率等于固有频率时产生共振现象,则可知单摆的固有频率f。由单摆的周期公式
得频率
可得摆长,故A正确;
BC.根据题意无法知道摆球的质量,也不能得出摆球的最大动能,故BC错误;
D.由单摆的频率公式
得知,当摆长增大时,单摆的固有频率减小,产生共振的驱动力频率也减小,共振曲线的“峰”向左移动。故D错误。
故选A。
12.B
【详解】
由北京移到赤道g变小,由单摆的周期公式
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。
13.BC
【详解】
A.阻尼振动由于阻力影响,要克服阻力做功,在运动过程中机械能一直逐渐减小,因此阻尼振动的振幅一定是不断减小的,故A正确;
BC.物体做阻尼振动时,振幅虽然不断减小,但是振动频率仍由自身的结构特点决定,不随振幅的减小而变化,阻尼振动的周期也不改变,故BC错误;
D.阻尼过大时,振动能量可能会在四分之一周期内减小为零,系统将不能发生振动,故D正确。
本题选择错误的,故选BC。
14.AC
【详解】
A摆摆动,其余各摆也摆动起来,它们均做受迫振动,则它们的振动频率均等于A摆的摆动频率,故各摆摆动的周期均与A摆相同,而由于A、D摆长相同,所以这两个摆的固有频率相同,则D摆出现共振现象,振幅最大.故选AC.
【点睛】
5个单摆中,由A摆摆动从而带动其它4个单摆做受迫振动,则受迫振动的频率等于A摆摆动频率,当受迫振动的中固有频率等于受迫振动频率时,出现共振现象,振幅达到最大.
15.BCD
【详解】
C.当时,系统达到共振,振幅最大,选项C正确;
A.当时,随f的增大,振幅振大,选项A错误;
B.当时,随f的减小,驱动力的频率接近固有频率,故该振动系统的振幅增大,选项B正确;
DE.该振动系统的振动稳定后,受迫振动的频率总等于驱动力的频率f,选项D正确,E错误。
故选BCD。
16.ABD
【详解】
A.做简谐运动的物体,当速率减小时,则振子一定是向远离平衡位置方向运动,则位移变大,根据F=-kx可知,回复力一定增大,且速度与回复力方向一定相反,故A正确;
B.根据
可得
可知,在同一地点,单摆做简谐振动的周期的平方与单摆的摆长成正比,与振幅和摆球质量无关,故B正确;
C.做阻尼振动的系统,其振动的振幅一定越来越小,选项C错误;
D.当驱动力的频率等于物体的固有频率时会产生共振,则要防止共振时,应使驱动力的频率远离振动系统的固有频率,故D正确;
E.振动质点在同一位置振动方向有两种,所以已知弹簧振子初始时刻的位置和周期,可知任意时刻质点的位置,但是不知道初始时刻振子的振动方向,不能知道振子在任意时刻运动速度的方向,故E错误。
故选ABD。
17.(1)1 m;(2)10 cm,5.73°
【详解】
(1)由图可知当驱动力频率为0.5 Hz时,单摆产生了共振现象,则单摆的固有频率f=0.5 Hz,则周期
T==2 s
根据单摆的周期公式T=2π得
L=m =1.0 m
(2)由图读出共振时单摆的振幅为A=10 cm,故单摆的最大摆角为
θ===0.1 rad≈5.73°
18.
【详解】
由共振曲线可知,单摆的固有频率,因为
所以
代入数据解得
由共振曲线可知,单摆发生共振时,振幅为
设单摆的最大偏角为,摆球所能达到的最大高度与摆球自然下垂时的高度的差为h,由机械能守恒定律得
又
当很小时
解得
摆球在最大位移处加速度最大,有
即
代入数据解得