高中物理选修3－4课课练第十一章 机械运动 5外力作用下的振动
文档属性
| 名称 | 高中物理选修3－4课课练第十一章 机械运动 5外力作用下的振动 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 490.3KB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2014-02-11 17:15:19 | ||
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文档简介
第十一章 机械运动
5 外力作用下的振动
知能要点
1. 能识别受迫振动的特点.
2. 能解释生活中的共振和应用共振
3. 能识别阻尼振动中物体能量的变化..
基础巩固 飞跃，这里是最好的起点……
1. 若空气阻力不可忽略，单摆在小于10°的偏角的摆动中，总是减小的物理量为( )．
A. 振幅 B. 位移 C. 周期 D. 机械能
2. 如图所示，一根张紧的水平弦线上有5个单摆，摆长分别为lA＝，lB＝lD＝l，lC＝，lE＝2l，质量最大的D摆先摆动，周期为T，则其余各单摆在弦线的驱动下摆动起来后，则以下说法中正确的是( )．
A. B摆振幅最大 B. C摆的振动周期为T
C. E摆的周期最大 D. 各摆的振动周期相等21cnjy
3.如题图所示的装置,弹簧振子的固有频率是4 Hz. 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1 Hz,则把手转动的频率 .
A 1 Hz B 3 Hz C 4 Hz D 5 Hz
4. 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．普通钢轨长为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，是为了防止列车发生共振现象
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
5. 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1m
C. 若摆长增大，单摆的固有频率增大
D. 若摆长增大，共振曲线的峰将向右移动
6. 做“声波碎杯”的实验时，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很大
B. 操作人员可能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. 操作人员一定要将声波发生器发出的声波频率调到500Hz
思维拓展 课内与课外的桥梁是这样架起的……
7．随着电信业的发展，手机是常用的通信工具，当来电话时，它可以用振动来提示人们。振动原理很简单：是一个微型电动机带动转轴上的叶片转动。当叶片转动后，手机就跟着振动起来。其中叶片的形状你认为是图中的( )
8. 如果把人当作一个整体来看，在水平方向的固有频率约为3 Hz～6 Hz，竖直方向的固有频率约为4 Hz～8 Hz，拖拉机驾驶员和风镐、风铲、铆钉机等操作工在工作时将做________振动，这些操作工的振动频率跟振动源的频率________．为保障操作工的安全与健康，有关部门作出规定：用手操作的各类机械的频率必须大于20 Hz，这是为了防止发生________造成对人体健康的危害．21cnjy
9. 如图所示，为单摆在两次受迫振动中的共振曲线，则下列说法中正确的是( )．
A. 若两次受迫振动分别在月球上和地球上进行，且摆长相等，则图线Ⅱ是月球上的单摆共振曲线
B. 若两次受迫振动均是在地球上同一地点进行的，则两次摆长之比LⅠ∶LⅡ＝4∶25
C. 图线 Ⅱ 若是在地球表面上完成的，则该摆摆长约为1m
D. 若摆长均为1m，则图线Ⅰ是在地球表面上完成的
10. 一砝码和一轻弹簧构成弹簧振子，如图1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，给砝码一向下的初速度，砝码便做简谐运动，振动图线如图2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3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＝4s
B. 由图线可知T0＝8s
C. 当T在4s附近时，Y显著增大；当T比4s小得多或大得多时，Y很小
D. 当T在8s附近时，Y显著增大；当T比8s小得多或大得多时，Y很小
11. 某简谐振子，自由振动时的振动图象如图(a)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(a)中的曲线Ⅱ所示，那么，此受迫振动对应的状态可能是图(b)中的( )．
A. a点 B. b点
C. c点 D. 一定不是c点21cnjy
12. 把一个筛子用四根弹簧支起来，筛子上装一个电动偏心轮，它每转一周，给筛子一个驱动力，这就做成了一个共振筛．不开电动机让这个筛子自由振动时，完成20次全振动用15s；在某电压下，电动偏心轮的转速是88r/min.已知增大电动偏心轮的电压可以使其转速提高，而增加筛子的总质量可以增大筛子的固有周期．为使共振筛的振幅增大，以下做法正确的是( )．
A. 降低输入电压 B. 提高输入电压 C. 增加筛子质量 D. 减小筛子质量
开放探究 对未知的探究，你也行！
13. 大海中航行的轮船，受到大风大浪冲击时，为了防止倾覆，应当改变航行方向和__________，使风浪冲击力的频率远离轮船摇摆的________．
14．如图所示，一个偏心轮的圆心为O，重心为C，它们所组成的系统在竖直方向上发生自由振动的频率为f，当偏心轮以角速度ω绕O轴匀速转动时，则当ω＝__________时振动最为剧烈，这个现象称为____________。21cnjy
高考真题探究
典例剖析
【例1】 (2011·福建理综·19(1))某实验小组在利用单摆测定当地重力加速度的试验中：
①用游标卡尺测定摆球的直径，测量结果如图所示，则该摆球的直径为________ cm.
②小组成员在试验过程中有如下说法，其中正确的是________．(填选项前的字母)
A. 把单摆从平衡位置拉开30度的摆角，并在释放摆球的同时开始计时
B. 测量摆球通过最低点100次的时间t，则单摆周期为
C. 用悬线的长度加摆球的直径作为摆长，代入单摆周期公式计算得到的重力加速度值偏大
D. 选择密度较小的摆球，测得的重力加速度值误差较小
【解析】 (1)由主尺读得9mm，游标上第7格与主尺刻度线对齐，为0.7mm，则该摆球的直径为9.7mm＝0.97mm.单摆在摆角小于10°时振动为简谐运动，选项A错误；由于摆球1个周期内两次通过最低点，测量摆球通过最低点100次的时间t，则单摆周期为，选项B错误；由单摆周期公式T＝2π可知，用悬线的长度加摆球的直径作为摆长，代入单摆周期公式计算得到的重力加速度值偏大，选项C正确；选择密度较小的摆球，测得的重力加速度值误差较大，选项D错误．
【答案】 (1)①0.97；②C
【例2】 (2011·江苏·12B,4分)将一劲度系数为k的轻质弹簧竖直悬挂，下端系上质量为m的物块，将物块向下拉离平衡位置后松开，物块上下做简谐运动，其振动周期恰好等于以物块平衡时弹簧的伸长量为摆长的单摆周期．请由单摆周期公式推算出物块做简谐运动的周期T.
【解析】 本题考查简谐运动的周期公式．单摆的周期公式为T＝2π，结合平衡时满足mg＝kl，两式联立得T＝2π.21cnjy
【答案】 T＝2π.
冲刺高分
3. (2011·上海·5,2分)两个相同的单摆静止于平衡位置，使摆球分别以水平初速v1、v2 (v1＞v2)在竖直平面内做小角度摆动，它们的频率与振幅分别为f1，f2和A1，A2则( )．
A. f1＞f2，A1＝A2
B. f1＜f2，A1＝A2
C. f1＝f2，A1＞A2
D. f1＝f2，A1＜A2
4. (2009·重庆理综·22(1))某同学在探究影响单摆周期的因素时有如下操作，请判断是否恰当(填“是”或“否”)．
①把单摆从平衡位置拉开约5°释放：________；
②在摆球经过最低点时启动秒表计时：________；
③用秒表记录摆球一次全振动的时间作为周期：________.
该同学改进测量方法后，得到的部分测量数据见表．用螺旋测微器测量其中一个摆球直径的示数如图所示，该球的直径为________mm.根据表中数据可以初步判断单摆周期随________的增大而增大．
参考答案
5 外力作用下的振动
5. B 解析：本题受迫振动中振幅A与驱动力的频率f的关系，要求学生利用图象分析问题．从图可知此摆的固有频率为0.5Hz，即周期为2s，由周期公式得摆长为1m，故A错，B对；若摆长增大，则摆的固有频率将减小，共振曲线的峰将向左移动，故C、D错．
6. D 解析：本题考查共振现象在实际生产和生活中的应用，要求学生会用共振条件进行分析．为了使杯发生共振，操作人员一定要将声波发生器发出的声波频率调到500Hz，故D正确．
7 . A
8. 受迫 接近 共振 解析：拖拉机、风镐等在工作时，由于内燃机或电动机等动力设备运转的不平衡性，往往产生较剧烈的振动，与其靠近或密切接触的人一定要做受迫振动，如果设备的振动频率接近人体的振动频率，则人体的各部分将做较剧烈的振动，造成对人体的损伤．因此，对于用手操作的机械振动频率必须要大于20 Hz，以保障人体健康．
9. C 解析：本题考查受迫振动中的共振曲线，要求能结合单摆周期公式进行分析．根据图示可知两次振动的频率fⅠ∶fⅡ＝2∶5，若摆长相等，则图线Ⅱ的摆对应的重力加速度要大，故A错；若重力加速度相等，则两次摆长之比LⅠ∶LⅡ＝25∶4，故B错；若两次受迫振动均是在地球上，根据周期可知，LⅡ＝1m，C正确．
10. A、C 解析：本题考查受迫振动的特点，要求学生通过振动图象进行分析．由图可知弹簧振子的固有周期为T0＝4s，驱动力的周期为T＝8s，再根据共振条件分析Y变化，故A、C正确．
14：2πf 共振
解析：偏心轮转动中产生驱动力，偏心轮转动中的频率与系统固有频率f相等时会发生共振，即：f＝，得ω＝2πf时产生共振。
高考真题探究
3. C
4. ①是 ②是 ③否 20.685 摆长
解析：本题考查“探究影响单摆周期的因素”实验，涉及实验操作步骤的分析．为了让单摆做简谐运动，故单摆从平衡位置拉开约5°释放；为了减小计时误差，应在摆球经过最低点时启动秒表计时，且用秒表记录摆球多次全振动的时间，再计算出其周期．故①②对，③错；根据螺旋测微器的图示知该球的直径为20.685mm；另从表中数据知单摆周期随摆长的增大而增大．
5 外力作用下的振动
知能要点
1. 能识别受迫振动的特点.
2. 能解释生活中的共振和应用共振
3. 能识别阻尼振动中物体能量的变化..
基础巩固 飞跃，这里是最好的起点……
1. 若空气阻力不可忽略，单摆在小于10°的偏角的摆动中，总是减小的物理量为( )．
A. 振幅 B. 位移 C. 周期 D. 机械能
2. 如图所示，一根张紧的水平弦线上有5个单摆，摆长分别为lA＝，lB＝lD＝l，lC＝，lE＝2l，质量最大的D摆先摆动，周期为T，则其余各单摆在弦线的驱动下摆动起来后，则以下说法中正确的是( )．
A. B摆振幅最大 B. C摆的振动周期为T
C. E摆的周期最大 D. 各摆的振动周期相等21cnjy
3.如题图所示的装置,弹簧振子的固有频率是4 Hz. 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1 Hz,则把手转动的频率 .
A 1 Hz B 3 Hz C 4 Hz D 5 Hz
4. 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．普通钢轨长为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，是为了防止列车发生共振现象
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
5. 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1m
C. 若摆长增大，单摆的固有频率增大
D. 若摆长增大，共振曲线的峰将向右移动
6. 做“声波碎杯”的实验时，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很大
B. 操作人员可能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. 操作人员一定要将声波发生器发出的声波频率调到500Hz
思维拓展 课内与课外的桥梁是这样架起的……
7．随着电信业的发展，手机是常用的通信工具，当来电话时，它可以用振动来提示人们。振动原理很简单：是一个微型电动机带动转轴上的叶片转动。当叶片转动后，手机就跟着振动起来。其中叶片的形状你认为是图中的( )
8. 如果把人当作一个整体来看，在水平方向的固有频率约为3 Hz～6 Hz，竖直方向的固有频率约为4 Hz～8 Hz，拖拉机驾驶员和风镐、风铲、铆钉机等操作工在工作时将做________振动，这些操作工的振动频率跟振动源的频率________．为保障操作工的安全与健康，有关部门作出规定：用手操作的各类机械的频率必须大于20 Hz，这是为了防止发生________造成对人体健康的危害．21cnjy
9. 如图所示，为单摆在两次受迫振动中的共振曲线，则下列说法中正确的是( )．
A. 若两次受迫振动分别在月球上和地球上进行，且摆长相等，则图线Ⅱ是月球上的单摆共振曲线
B. 若两次受迫振动均是在地球上同一地点进行的，则两次摆长之比LⅠ∶LⅡ＝4∶25
C. 图线 Ⅱ 若是在地球表面上完成的，则该摆摆长约为1m
D. 若摆长均为1m，则图线Ⅰ是在地球表面上完成的
10. 一砝码和一轻弹簧构成弹簧振子，如图1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，给砝码一向下的初速度，砝码便做简谐运动，振动图线如图2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3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＝4s
B. 由图线可知T0＝8s
C. 当T在4s附近时，Y显著增大；当T比4s小得多或大得多时，Y很小
D. 当T在8s附近时，Y显著增大；当T比8s小得多或大得多时，Y很小
11. 某简谐振子，自由振动时的振动图象如图(a)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(a)中的曲线Ⅱ所示，那么，此受迫振动对应的状态可能是图(b)中的( )．
A. a点 B. b点
C. c点 D. 一定不是c点21cnjy
12. 把一个筛子用四根弹簧支起来，筛子上装一个电动偏心轮，它每转一周，给筛子一个驱动力，这就做成了一个共振筛．不开电动机让这个筛子自由振动时，完成20次全振动用15s；在某电压下，电动偏心轮的转速是88r/min.已知增大电动偏心轮的电压可以使其转速提高，而增加筛子的总质量可以增大筛子的固有周期．为使共振筛的振幅增大，以下做法正确的是( )．
A. 降低输入电压 B. 提高输入电压 C. 增加筛子质量 D. 减小筛子质量
开放探究 对未知的探究，你也行！
13. 大海中航行的轮船，受到大风大浪冲击时，为了防止倾覆，应当改变航行方向和__________，使风浪冲击力的频率远离轮船摇摆的________．
14．如图所示，一个偏心轮的圆心为O，重心为C，它们所组成的系统在竖直方向上发生自由振动的频率为f，当偏心轮以角速度ω绕O轴匀速转动时，则当ω＝__________时振动最为剧烈，这个现象称为____________。21cnjy
高考真题探究
典例剖析
【例1】 (2011·福建理综·19(1))某实验小组在利用单摆测定当地重力加速度的试验中：
①用游标卡尺测定摆球的直径，测量结果如图所示，则该摆球的直径为________ cm.
②小组成员在试验过程中有如下说法，其中正确的是________．(填选项前的字母)
A. 把单摆从平衡位置拉开30度的摆角，并在释放摆球的同时开始计时
B. 测量摆球通过最低点100次的时间t，则单摆周期为
C. 用悬线的长度加摆球的直径作为摆长，代入单摆周期公式计算得到的重力加速度值偏大
D. 选择密度较小的摆球，测得的重力加速度值误差较小
【解析】 (1)由主尺读得9mm，游标上第7格与主尺刻度线对齐，为0.7mm，则该摆球的直径为9.7mm＝0.97mm.单摆在摆角小于10°时振动为简谐运动，选项A错误；由于摆球1个周期内两次通过最低点，测量摆球通过最低点100次的时间t，则单摆周期为，选项B错误；由单摆周期公式T＝2π可知，用悬线的长度加摆球的直径作为摆长，代入单摆周期公式计算得到的重力加速度值偏大，选项C正确；选择密度较小的摆球，测得的重力加速度值误差较大，选项D错误．
【答案】 (1)①0.97；②C
【例2】 (2011·江苏·12B,4分)将一劲度系数为k的轻质弹簧竖直悬挂，下端系上质量为m的物块，将物块向下拉离平衡位置后松开，物块上下做简谐运动，其振动周期恰好等于以物块平衡时弹簧的伸长量为摆长的单摆周期．请由单摆周期公式推算出物块做简谐运动的周期T.
【解析】 本题考查简谐运动的周期公式．单摆的周期公式为T＝2π，结合平衡时满足mg＝kl，两式联立得T＝2π.21cnjy
【答案】 T＝2π.
冲刺高分
3. (2011·上海·5,2分)两个相同的单摆静止于平衡位置，使摆球分别以水平初速v1、v2 (v1＞v2)在竖直平面内做小角度摆动，它们的频率与振幅分别为f1，f2和A1，A2则( )．
A. f1＞f2，A1＝A2
B. f1＜f2，A1＝A2
C. f1＝f2，A1＞A2
D. f1＝f2，A1＜A2
4. (2009·重庆理综·22(1))某同学在探究影响单摆周期的因素时有如下操作，请判断是否恰当(填“是”或“否”)．
①把单摆从平衡位置拉开约5°释放：________；
②在摆球经过最低点时启动秒表计时：________；
③用秒表记录摆球一次全振动的时间作为周期：________.
该同学改进测量方法后，得到的部分测量数据见表．用螺旋测微器测量其中一个摆球直径的示数如图所示，该球的直径为________mm.根据表中数据可以初步判断单摆周期随________的增大而增大．
参考答案
5 外力作用下的振动
5. B 解析：本题受迫振动中振幅A与驱动力的频率f的关系，要求学生利用图象分析问题．从图可知此摆的固有频率为0.5Hz，即周期为2s，由周期公式得摆长为1m，故A错，B对；若摆长增大，则摆的固有频率将减小，共振曲线的峰将向左移动，故C、D错．
6. D 解析：本题考查共振现象在实际生产和生活中的应用，要求学生会用共振条件进行分析．为了使杯发生共振，操作人员一定要将声波发生器发出的声波频率调到500Hz，故D正确．
7 . A
8. 受迫 接近 共振 解析：拖拉机、风镐等在工作时，由于内燃机或电动机等动力设备运转的不平衡性，往往产生较剧烈的振动，与其靠近或密切接触的人一定要做受迫振动，如果设备的振动频率接近人体的振动频率，则人体的各部分将做较剧烈的振动，造成对人体的损伤．因此，对于用手操作的机械振动频率必须要大于20 Hz，以保障人体健康．
9. C 解析：本题考查受迫振动中的共振曲线，要求能结合单摆周期公式进行分析．根据图示可知两次振动的频率fⅠ∶fⅡ＝2∶5，若摆长相等，则图线Ⅱ的摆对应的重力加速度要大，故A错；若重力加速度相等，则两次摆长之比LⅠ∶LⅡ＝25∶4，故B错；若两次受迫振动均是在地球上，根据周期可知，LⅡ＝1m，C正确．
10. A、C 解析：本题考查受迫振动的特点，要求学生通过振动图象进行分析．由图可知弹簧振子的固有周期为T0＝4s，驱动力的周期为T＝8s，再根据共振条件分析Y变化，故A、C正确．
14：2πf 共振
解析：偏心轮转动中产生驱动力，偏心轮转动中的频率与系统固有频率f相等时会发生共振，即：f＝，得ω＝2πf时产生共振。
高考真题探究
3. C
4. ①是 ②是 ③否 20.685 摆长
解析：本题考查“探究影响单摆周期的因素”实验，涉及实验操作步骤的分析．为了让单摆做简谐运动，故单摆从平衡位置拉开约5°释放；为了减小计时误差，应在摆球经过最低点时启动秒表计时，且用秒表记录摆球多次全振动的时间，再计算出其周期．故①②对，③错；根据螺旋测微器的图示知该球的直径为20.685mm；另从表中数据知单摆周期随摆长的增大而增大．