第二章机械振动第六节受迫振动共振课后练习A2021_2022学年高二物理上学期(人教版2019选择性必修第一册)
练习
一、单选题,共10小题
1.如图所示是单摆做阻尼振动的位移—时间图线,下列说法中正确的是( )
A.摆球在P与N时刻的势能相等
B.摆球在P与N时刻的动能相等
C.摆球在P与N时刻的机械能相等
D.摆球在P时刻的机械能小于在N时刻的机械能
2.在如图所示的振动图像中,在1~3 s的时间范围内,下列时刻中振动物体的动能和势能之和最大的是( )
A.1.2 s B.2.0 s
C.2.5 s D.3.0 s
3.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
4.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
5.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
6.在敲响古刹里的大钟时,有的同学发现,停止对大钟的撞击后,大钟仍“余音未绝”,分析其原因是( )
A.大钟的回声 B.大钟在继续振动
C.人的听觉发生“暂留”的缘故 D.大钟虽停止振动,但空气仍在振动
7.下列各种振动中,不是受迫振动的是( )
A.敲击后的锣面的振动
B.缝纫机针的振动
C.人挑担子时,担子上下振动
D.蜻蜓、蝴蝶翅膀的振动
8.如图所示,在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。开始时不转动摇把,让振子自由上下振动,测得其频率为2 Hz,然后以60 r/min的转速匀速转动摇把,当振子振动稳定时,它的振动周期为( )
A.0.25 s B.0.5 s C.1 s D.2 s
9.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
10.为了交通安全,常在公路上设置如图所示的减速带,减速带使路面稍微拱起以达到使车辆减速的目的。一排等间距设置的减速带,可有效降低车速。如果某路面上的减速带的间距为,一辆固有频率为的汽车匀速驶过这排减速带,下列说法正确的是( )
A.当汽车以的速度行驶时,其振动频率为 B.当汽车以的速度行驶时最不颠簸
C.当汽车以的速度行驶时颠簸最厉害 D.汽车速度越大,颠簸就越厉害
二、多选题,共5小题
11.一根张紧的绳上悬挂着4个单摆,a和d摆长相等,其余各摆摆长不等,如图所示,使d摆开始振动,则其余三摆的振动情况是( )
A.a摆的振幅最大
B.c摆的振幅最大
C.c摆的振幅、周期最大,b摆的振动周期最小
D.a、b、c三摆的振动周期均等于d摆的振动周期
12.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
13.下列说法正确的是( )
A.单摆运动到平衡位置时,回复力为零
B.只有发生共振时,受迫振动的频率才等于驱动力的频率
C.水平放置的弹簧振子做简谐振动时的能量等于在平衡位置时振子的动能
D.单摆的周期随摆球质量的增大而增大
14.一砝码和一轻弹簧构成弹簧振子,如图甲所示的装置可用于研究该弹簧振子的受迫振动,匀速转动把手时,曲杆给弹簧振子以驱动力,使振子做受迫振动,把手匀速转动的周期就是驱动力的周期,改变把手匀速转动的速度就可以改变驱动力的周期,若保持把手不动,给砝码一个向下的初速度,砝码便做简谐运动,振动图线如图乙所示,当把手以某一速度匀速转动,受迫振动达到稳定时,砝码的振动图线如图丙所示,若用T0表示弹簧振子的固有周期,T表示驱动力的周期,y表示受迫振动达到稳定后砝码振动的振幅,则( )
A.由图线可知T0=4 s
B.由图线可知T0=8 s
C.当T在4 s附近时,y显著增大;当T比4 s小得多或大得多时,y很小
D.当T在8 s附近时,y显著增大;当T比8 s小得多或大得多时,y很小
15.将一个铁筛四角用四根弹簧支起,筛子上装一个电动偏心轮,它每转动一周给筛子提供一次驱动力。已知增大电动偏心轮的输入电压,可提高转速;增大筛子质量,可增大筛子的固有周期。筛子自由振动时完成10次全振动用15 s,电动偏心轮转速为36 r/min,则要使筛子振动的振幅最大,可采用的办法是( )
A.提高电动偏心轮的输入电压
B.降低电动偏心轮的输入电压
C.增大筛子的质量
D.减小筛子的质量
三、填空题,共3小题
16.受迫振动
(1)概念:系统在___________作用下的振动。
(2)振动特征:物体做受迫振动达到稳定后,物体振动的频率等于___________的频率,与物体的___________频率无关。
17.共振
(1)概念:当驱动力的频率等于___________时,物体做受迫振动的振幅___________的现象。
(2)共振的条件:驱动力的频率等于___________。
(3)共振的特征:共振时___________最大。
(4)共振曲线(如图所示)。
18.判断该说法的正误:
物体做受迫振动时,其振动频率与固有频率无关。(______)
四、解答题,共2小题
19.秒摆摆球质量为0.2 kg,它振动到最大位移时距最低点的高度为0.4 cm,当它完成10次全振动回到最大位移处时,因有阻尼作用,距最低点的高度变为0.3 cm。如果每振动10次补充一次能量,使摆球回到原高度,那么1 min内总共应补给多少能量?(g取9.8 m/s2)
20.上海中心大厦高632m,上面安装有重达1000t的风阻尼器。请查阅相关资料,了解它的作用及工作原理。
试卷第1页,共3页
参考答案
1.A
【详解】
A.由于摆球的势能大小由其位移和摆球质量共同决定,P、N两时刻位移大小相同,所以势能相等,故A正确;
BCD.由于系统机械能在减少,P、N两时刻势能相同,则P时刻动能大于N时刻动能,故BCD错误。
故选A。
2.A
【详解】
随着阻力的作用,机械能损失越来越多,故时刻越早,能量越大,故A正确,BCD错误。
故选A。
3.D
【详解】
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。
4.D
【详解】
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。
5.A
【详解】
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。
6.B
【详解】
停止对大钟的撞击后,大钟的振动不会立即停止,振动的能量不会凭空消失,它会再振动一段时间然后因为阻尼而停止,因此还会在空气中形成声波,这就是余音未绝的原因。
故选B。
7.A
【详解】
A.受迫振动是物体在周期性驱动力作用下的运动,而敲击后的锣面并没有受到周期性驱动力的作用,其振动不是受迫振动,A错误,符合题意;
B.缝纫机针的振动是在驱动力作用下的振动,是受迫振动,B正确,不符合题意;
C.人挑担子时,担子在人的驱动力作用下上下振动,是受迫振动,C正确,不符合题意;
D.蜻蜓、蝴蝶翅膀的振动是在自身的驱动力作用下的振动,是受迫振动,D正确,不符合题意。
故选A。
8.C
【详解】
弹簧振子受摇把的作用而振动,做受迫振动,所以其振动的周期等于驱动力的周期,摇把的转速为
n=60 r/min=1 r/s
则摇把的周期为
T=1 s
所以C正确;ABD错误;
故选C。
9.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。
10.C
【详解】
A.当汽车以的速度行驶时,驱动力的周期为
所以频率等于
A错误;
BCD.当汽车以的速度行驶时,汽车的频率为
此时和固有频率相同,所以颠簸最厉害, BD错误C正确。
故选C。
11.AD
【详解】
CD.a、b、c三个单摆都在驱动力的作用下做受迫振动,驱动力的频率(周期)即为d摆的固有频率(周期),所以四个摆的振动频率(周期)都相等,即为d摆的固有频率(周期),C错误D正确;
AB.当驱动力的频率等于物体的固有频率时,振幅最大,由于a摆和d摆摆长相等即固有频率相等,a摆达到共振,振幅最大, B错误A正确。
故选AD。
12.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。
13.AC
【详解】
A.对于单摆,在平衡位置,所受到的回复力为零,A正确;
B.受迫振动的频率总等于周期性驱动力的频率,与是否发生共振没有关系,B错误;
C.振动能量是振动系统的动能和势能的总和,在平衡位置时弹性势能为零,C正确;
D.根据单摆的周期公式
可知,单摆的周期与摆球的质量无关,D错误。
故选AC。
14.AC
【详解】
AB.图像乙是物体自由振动时的周期,故由图像乙可知,物体的固有频率为
B错误A正确;
CD.当物体的驱动力的频率等于物体的固有频率时,物体的振动达到最强,故当T在4s附近时,振幅显著增大,当T比4s小很多或大得很多时,y很小, D错误C正确。
故选AC。
15.AC
【详解】
AB.由题目可知筛子的固有频率为Hz,由于电动偏心轮转速为36 r/min,则其频率为0.6 Hz,由此可知f驱CD.另外使f固减小同样可以使其发生共振,达到增大振幅的目的,而筛子的质量越大,其固有周期越大,由可知,固有频率越小,所以增大筛子的质量同样可以达到目的,则C正确,D错误。
故选AC。
16.驱动力 驱动力 固有
【详解】
(1)[1] 受迫振动是系统在驱动力作用下的振动
(2)[2][3] 振动特征:物体做受迫振动达到稳定后,物体振动的频率等于驱动力的频率,与物体的固有频率无关。
17.固有频率 最大 固有频率 振幅
【详解】
(1)[1][2] 当驱动力的频率等于固有频率时,物体做受迫振动的振幅最大的现象。
(2)[3] 共振的条件:驱动力的频率等于固有频率。
(3)[4] 共振的特征:共振时振幅最大。
18.正确
【详解】
物体做受迫振动时,其振动频率等于驱动力的频率,与固有频率无关
19.5.88×10-3 J
【详解】
解:每振动10次要补充的能量为
E=mgΔh=0.2×9.8×(0.4-0.3)×10-2J=1.96×10-3 J
秒摆的周期为2 s,1 min内完成全振动的次数为30次,则1 min内总共应补给的能量为
E=3ΔE=5.88×10-3 J
20.见解析
【详解】
高层建筑在大风中摇晃这是比较正常的现象,建筑物越高,迎风面积越大,那么其在大风中摇晃的程度就会越高。总高达632m的上海中心也不能避免,但它在多方面的设计都考虑了地震和大风导致的摆动,做了相应的抗震与抗风设计,将这个晃动效应减到了最低;
这个主阻尼器的总质量达到了1000吨。安装位置是在距离地面584米,位于126层的大楼顶部,上千吨的物体在大楼顶部会头重脚轻吗?其实这样理解就错了,第一跟大楼的质量相比,这1000吨并不是什么严重问题,因为设计时就已经考虑,另一层面,减轻晃动,放在大楼底部,左侧无重物阻尼时晃动是难以控制的,而右侧有重物阻尼晃动明显减轻,并且还是主动阻尼。
答案第1页,共2页
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