2.6 受迫振动 共振
一、单选题
1.如图所示,水平张紧的绳子上用细线挂有5个相同的小球,细线质量可忽略,细线长远大于球半径,A、D两球的细线长度相等,使小球A小角度垂直于纸面摆动,其余各球随之开始摆动,稳定后( )
A.小球C振动的周期最长 B.5个小球的振动周期均相同
C.小球C的振幅最大 D.小球E的振幅最大
2.铺设铁轨时,每两根钢轨接缝处都必须留有一定的间隙,匀速运行列车经过钢轨接缝处时,车轮就会受到一次冲击。由于每一根钢轨长度相等,所以这个冲击力是周期性的,列车受到周期性的冲击做受迫振动。普通钢轨长为12.6m,列车固有振动周期为0.28s,下列说法正确的是( )
A.列车的危险速率为45m/s
B.列车过桥需要减速,是为了防止列车对桥压力过大
C.列车运行的振动频率和列车的固有频率总是相等的
D.减少钢轨的长度有利于列车高速运行
3.如图所示是某单摆做阻尼振动的振动图线,下列说法正确的是( )
A.振动过程中周期变小
B.摆球P时刻的机械能等于N时刻的机械能
C.摆球P时刻的动能大于N时刻的动能
D.小球在P时刻和N时刻,受到绳子拉力的大小相等
4.据《天中记》一书记载,晋初(公元3世纪)时,京城有户人家挂着的铜盘每天早晚轻轻自鸣两次,人们十分惊恐.学者张华判断,这是铜盘与皇宫早晚的钟声共鸣所致.后来把铜盘磨薄一些,它就不再自鸣了.关于这个现象,下列说法中错误的是( )
A.共鸣是一种共振
B.铜盘共鸣时的振动频率等于皇宫钟声的频率
C.把铜盘磨薄改变了驱动力的频率
D.把铜盘磨薄使铜盘的固有频率远离驱动力的频率
5.如图所示的装置中,在转动手柄A的转速由零逐渐增大的过程中,小球B的振幅将( )
A.不断增大 B.先增大,后不变
C.先增大后减小 D.先减小,后增大
6.下列说法中正确的有( )
A.摆钟偏快时可增加摆长进行校准
B.单摆的振动周期与振幅有关
C.做简谐运动的物体,其振动能量与振动的频率有关
D.由于人体内脏的固有频率接近某些次声波频率,因此这此次声波对人体无危害
7.如图所示“洗”是古代盥洗用的脸盆,多用青铜铸成,现代亦有许多仿制的工艺品,倒些清水在其中,用手掌慢慢摩擦盆耳,盆就会发出嗡嗡声,到一定节奏时还会溅起层层水花,下列关于“洗”的说法正确的是( )
A.手掌摩擦的越快则溅起的水花越高
B.溅起水花的原因是由于手推动了“洗”
C.该种现象属于受迫振动
D.盆中的嗡嗡声是手与“洗”摩擦产生的声音
8.某简谐振子自由振动时的振动图象如图甲中的曲线Ⅰ所示,而在某驱动力作用下做受迫振动时,稳定后的振动图象如图甲中的曲线Ⅱ所示,那么,此受迫振动对应的状态可能是图乙中共振曲线的( )
A.a点 B.b点 C.c点 D.都有可能
9.下列说法中正确的是( )
A.阻尼振动的振幅不断减小,所以周期也逐渐减小
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.挑水时为了防止水从桶中荡出,可以加快或减慢走路的步频
D.做简谐运动的物体,其振动能量与振动的频率有关
二、多选题
10.铺设铁轨时,每两根钢轨接缝处都必须留有一定的间隙,匀速运行的列车经过轨端接缝处时,车轮就会受到一次冲击。由于每一根钢轨长度相等,所以这个冲击力是周期性的,列车受到周期性的冲击做受迫振动。每根钢轨长为12.6 m,列车固有振动周期为0.315 s。下列说法正确的是( )
A.列车的危险速率为40 m/s
B.列车过桥需要减速,是为了防止桥梁发生共振现象
C.列车运行的振动频率和列车的固有频率总是相等的
D.增加钢轨的长度有利于列车高速运行
11.两个单摆的受迫振动的共振曲线如图所示,则下列说法正确的是( )
A.若两个受迫振动分别在月球上和地球上进行,且摆长相同,则图线Ⅰ表示月球上单摆的共振曲线
B.若两个受迫振动是在地球上同一地点进行,则两个摆长之比LⅠ∶LⅡ=25∶4
C.若摆长均为1m,则图线Ⅰ是在地面上完成的
D.若两个单摆在同一地点均发生共振,则图线Ⅱ表示的单摆的能量一定大于图线Ⅰ表示的单摆的能量
12.一单摆在地球表面做受迫振动,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.此单摆的固有频率为0.5 Hz
B.当驱动力频率为0.5 Hz时,振幅最大
C.若摆长增大,则单摆的固有频率减小
D.若摆长减小,则共振曲线的峰值将向左移动
三、填空题
13.(1)如图甲所示,在一条张紧的绳子上挂几个摆。当a摆振动的时候,通过张紧的绳子给其他各摆施加驱动力,使其余各摆也振动起来,此时b摆的振动周期___________(选填“大于”“等于”或“小于”)d摆的周期。图乙是a摆的振动图像,重力加速度为g,则a摆的摆长为___________。
(2)一物体沿x轴做简谐运动,振幅为8cm,频率为0.5 Hz,在t=0时,位移是4cm,且向x轴负方向运动,试写出用正弦函数表示的振动方程并画出相应的振动图像______________________。
14.A、B两个弹簧振子,A的固有频率为f,B的固有频率为4f,若它们均在频率为f的驱动力作用下做受迫振动,则________的振幅较大,A的振动频率是________,B的振动频率是________。
15.如图所示为一单摆的共振曲线,则该单摆的摆长约为______ 取
16.在火车的车厢里用细线吊着一个小球,由于在铁轨接合处火车通过受到震动使球摆动,如果每根铁轨长12.5 m,细线长0.4 m,则当火车速度达_______m/s时,球摆动的振幅最大。(g=10m/s2,结果保留2位有效数字)
四、解答题
17.洗衣机在衣服脱水完毕关闭电源后,脱水桶还要转动一会才能停下来.在关闭电源后,发现洗衣机先振动得比较弱,有一阵子振动得很剧烈,然后振动慢慢减弱直至停下来。
(1)开始时,洗衣机为什么振动比较弱?
(2)期间剧烈振动的原因是什么?
18.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。
试卷第4页,共5页
试卷第5页,共5页
参考答案
1.B
【详解】
AB.使小球A小角度垂直于纸面摆动,其它四个单摆都做受迫振动,受迫振动的频率等于驱动力的频率,所以5个单摆的频率相等,则周期一定相同,故A错误,B正确;
CD.当驱动力的频率接近物体的固有频率时,振幅最大,即共振。根据
可知,D摆的摆长与A摆摆长相等,驱动力的周期等于D摆的固有周期,所以D摆发生共振,振幅最大,故CD错误。
故选B。
2.A
【详解】
A.当列车受到冲击的周期等于固有振动周期时会发生共振从而造成危险,由题意可知列车的危险速率为
故A正确;
B.列车车轮经过钢轨接缝处时产生的振动同时也会影响到路面本身,因此过桥需要减速,是为了防止桥梁发生共振现象从而造成坍塌,列车不能通过减速来降低对桥的压力,故B错误;
C.列车运行的振动频率等于周期性冲击的频率,和固有频率无关,故C错误;
D.提高列车的危险速率有利于列车高速运行,根据前面分析可知,应增加钢轨长度,故D错误。
故选A。
3.C
【详解】
A.阻尼振动的周期不变,振幅减小,故A错误;
B.由于阻力影响,单摆要克服阻力做功,在运动过程中机械能一直逐渐减小,摆球P时刻的机械能大于N时刻的机械能,故B错误;
C.摆球P时刻的机械能大于N时刻的机械能,两位置势能相同,则摆球P时刻的动能大于N时刻的动能,故C正确;
D.小球在P时刻和N时刻,相对平衡位置位移相同,重力沿绳方向分力大小相等,但速度大小不等,需要向心力不等,重力沿绳方向分力与绳拉力合力提供向心力,则受到绳子拉力的大小不相等,故D错误。
故选C。
4.C
【详解】
A.共鸣是与可发声的物体之间的共振,A不符合题意;
B.发生共鸣的条件是频率相等,B不符合题意;
C.把铜盘磨薄改变了其固有频率,C符合题意;
D.把铜盘磨薄使铜盘的固有频率不等于驱动力的频率,这样就不会再发生共鸣了,D不符合题意。
故选C。
5.C
【详解】
转速由零逐渐增大,转动的频率逐渐接近小球振动的固有频率,振幅增大,与固有频率相同时振幅最大;超过固有频率,转速继续增大,振幅减小,故先增大,后减小。
故选C。
6.A
【详解】
A.摆钟偏快,即单摆的周期变小,由单摆周期公式
可知,要使周期变大,可增加摆长进行校准,故A正确;
B.由单摆的振动周期
可知T与振幅无关,故B错误;
C.做简谐运动的物体,其振动能量与振动的振幅有关,与振动的频率无关,故C错误;
D.由于人体内脏的固有频率接近某些次声波频率,从而发生共振现象,会对器官造成损伤,因此这此次声波对人体是有危害的,故D错误。
故选A。
7.C
【详解】
用手摩擦盆耳,溅起水花是因为“洗”做受迫振动造成的,当其摩擦的频率等于“洗”的固有频率,使其达到共振时,溅起的水花最高,与手掌摩擦的快慢没有关系。盆中的嗡嗡声是“洗”振动时产生的声音。故ABD错误;C正确。
故选C。
8.A
【详解】
某简谐振子,自由振动时的振动图像如图甲中的曲线Ⅰ所示,设周期为T1,而在某驱动力作用下做受迫振动时,稳定后的振动图像如图甲中的曲线Ⅱ所示,设周期为T2;
根据
有
图乙中c点是发生共振,驱动力频率等于固有频率f1,当受迫振动时,驱动力频率为
故此受迫振动对应的状态可能是图乙中的a点,但一定不是c点和b点。
故选A。
9.C
【详解】
A.阻尼振动的振幅不断减小,但周期不随振幅减小而改变,故A错误;
B.任何时候,受迫振动的频率都等于驱动力的频率,故B错误;
C.挑水的人由于行走,使扁担和水桶上下振动,当人迈步的频率等于扁担与水桶振动的固有频率时,发生共振,结果水桶中的水溢出,挑水时为了防止从水桶中荡出,可以加快或减慢走路的步频,故C正确;
D.做简谐运动的物体,其振动能量与振动的振幅有关,与频率无关,故D错误。
故选C。
10.ABD
【详解】
A.对于受迫振动,当驱动力的频率与固有频率相等时将发生共振现象,所以列车的危险速率
v==40 m/s
A正确;
B.为了防止共振现象发生,列车过桥时需要减速,B正确;
C.为了防止列车发生共振现象,其运行的振动频率与其固有频率不能相等,C错误,
D.由v=知,L增大时,T不变,v变大,D正确。
故选ABD。
11.AB
【详解】
A.图线中振幅最大处对应的频率应与做受迫振动的单摆的固有频率相等,从图线上可以看出,两摆的固有频率fⅠ=0.2Hz,fⅡ=0.5Hz。当两摆在月球和地球上分别做受迫振动且摆长相等时,根据公式f=可知,g越大,f越大,所以gⅡ>gⅠ,又因为g地>g月,因此可推知图线Ⅰ表示月球上单摆的共振曲线,A项正确;
B.若在地球上同一地点进行两次受迫振动,g相同,摆长长的f小,且有
=
所以
=
B项正确;
C.fⅡ=0.5Hz,若图线Ⅱ是在地面上完成的,根据g=9.8m/s2,可计算出LⅡ约为1m,C项错误;
D.单摆的能量除与振幅有关,还与摆球质量有关,D项错误;
故选AB。
12.ABC
【详解】
AB.单摆做受迫振动,振动频率与驱动力频率相等,当驱动力频率等于单摆的固有频率时,发生共振,且振幅最大,则单摆的固有频率为0.5 Hz,故AB正确;
C.若摆长增大,单摆的固有周期增大,则固有频率减小,故C正确;
D.若摆长减小,则固有频率增大,所以共振曲线的峰值将向右移动,故D错误;
故选ABC。
13.等于
【详解】
(1)a摆动起来后,通过水平绳子对b、c、d三个摆施加周期性的驱动力,使b、c、d三摆做受迫振动,三摆做受迫振动的频率等于驱动力的频率,由于驱动力频率相同,则三摆的周期相同。
根据图像得
T=2t0,
根据单摆的周期公式
解得
(2)简谐运动振动方程的一般表示式为
x=Asin(ωt+φ0)
根据题给条件有
A=0.08m
ω=2πf=π rad/s
解得
x=0.08sin(πt+φ0)m
将t=0时x0=0.04 m代入得
0.04=0.08sin φ0
解得初相
因为t=0时,速度方向沿x轴负方向,即位移在减小,所以取,所求的振动方程为
对应的振动图像如图所示
14.A f f
15.1
【解析】
由图可以看出,当驱动力的频率为f=0.5Hz时,振幅最大,发生共振,所以此单摆的固有频率为0.5Hz,固有周期为:T=2s.由单摆的周期公式T=2π得:
点睛:物体发生共振的条件是驱动力的频率与物体的固有频率相等时,振幅最大,产生共振;解答该题要会分析共振曲线,知道固有频率发生变化时,共振曲线的变化情况.
16.10
【详解】摆球的周期
当列车在长12.5m的钢轨上运行时当车厢振动的周期与单摆的周期相同时发生共振,此时摆球的振幅最大,所以
17.(1)见解析;(2)见解析
【详解】
(1)开始时,脱水桶转动的频率远高于洗衣机的固有频率,振幅较小,振动比较弱;
(2)当洗衣机脱水桶转动的频率等于洗衣机的固有频率时发生共振,振动剧烈。
18.增大驱动力的频率,或减小筛子的固有频率
【详解】
根据题意,筛子的固有频率为
电动机某电压下,电动偏心轮的转速是36r/min,即为
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。答案第8页,共1页
答案第7页,共7页