高中物理人教版选修3-4 习题 第十一章 第5节 外力作用下的振动 Word版含解析
文档属性
| 名称 | 高中物理人教版选修3-4 习题 第十一章 第5节 外力作用下的振动 Word版含解析 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 119.0KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2019-12-25 15:40:26 | ||
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文档简介
1．(阻尼振动)(多选)关于阻尼振动，以下说法中正确的是( )
A．机械能不断减小 B．动能不断减小
C．振幅不断减小 D．一定不是简谐运动
答案 ACD
解析 阻尼振动是振幅不断减小的振动，故阻尼振动一定不是简谐运动，而振幅是振动能量的标志，故阻尼振动中机械能不断减小，但动能在振动过程中是不断变化的，并不是不断减小。故B错误，A、C、D正确。
2．(阻尼振动和受迫振动)(多选)下列说法中正确的是( )
A．实际的自由振动必然是阻尼振动
B．在外力作用下的振动是受迫振动
C．阻尼振动的振幅越来越小
D．受迫振动稳定后的频率与自身物理条件无关
答案 ACD
解析 实际的自由振动由于阻力的作用，振幅会越来越小，故一定为阻尼振动，A正确；物体在周期性驱动力的作用下的振动是受迫振动，故物体在外力作用下的振动不一定是受迫振动，B错误；阻尼振动的振幅越来越小，C正确；受迫振动稳定后的频率取决于驱动力的频率，与自身物理条件无关，D正确。
3．(共振)有一固有频率为400 Hz的弹簧振子，分别在周期性驱动力F1、F2作用下做受迫振动，其中驱动力F1的频率为100 Hz，驱动力F2的频率为300 Hz，则振动稳定后( )
A．F1作用时，振子的振幅较大，振动频率是100 Hz
B．F2作用时，振子的振幅较大，振动频率是300 Hz
C．F1作用时，振子的振幅较大，振动频率是400 Hz
D．F2作用时，振子的振幅较大，振动频率是400 Hz
答案 B
解析 振动稳定后，受迫振动的频率等于驱动力频率，C、D错误；由于弹簧振子的固有频率更接近驱动力F2的频率，所以F2作用时振子的振幅较大，B正确，A错误。
4. (受迫振动和共振)如图所示的演示装置，一根张紧的水平绳上挂着五个单摆，其中A、E摆长相同，先使A摆动，其余各摆也随着摆动起来，可以发现振动稳定后( )
A．各摆的固有周期均相同
B．各摆振动的周期均与A摆相同
C．C摆振幅最大
D．B摆振动周期最小
答案 B
解析 重力加速度相同时，单摆的固有周期由摆长决定，故除A、E固有周期相同外，其他摆的固有周期都不相同，A错误；A摆动后，通过水平绳对周围的B、C、D、E四个单摆提供周期性的驱动力，四摆都在同一驱动力作用下运动，故它们的振动周期均与A摆的固有周期相同，B正确，D错误；因为A、E摆长相同，固有周期相同，故E摆发生共振现象，其振幅最大，C错误。
5. (共振曲线)(多选)如图表示一弹簧振子做受迫振动时的振幅与驱动力频率的关系，由图可知( )
A．驱动力频率为f2时，振子处于共振状态
B．驱动力频率为f3时，振子的振动频率为f3
C．假如让振子自由振动，它的频率为f2
D．振子做自由振动时，频率可以为f1、f2、f3
答案 ABC
解析 由题图可知当驱动力的频率为f2时，振子的振幅最大，即振子发生共振现象，故A正确；由共振条件知振子的固有频率为f2，故C正确，D错误；振子做受迫振动时，振动频率由驱动力的频率决定，故B正确。
6．(共振及其应用与防止)脱水机把衣服脱水完后切断电源，电动机还要转一会儿才能停下来，在这一过程中，发现脱水机在某一时刻振动得很剧烈，然后又慢慢振动直至停止运转，其中振动很剧烈的原因是( )
A．脱水机没有放平稳
B．电动机在这一时刻转快了
C．电动机在这一时刻的转动频率跟脱水机的固有频率相近或相等
D．是脱水机出现了故障
答案 C
解析 电动机的转动使脱水机做受迫振动。切断电源后，电动机转动的频率是逐渐变化的，当它的频率接近或等于脱水机的固有频率时，发生共振现象，脱水机振动得很剧烈，C正确。
B组：等级性水平训练
7．(阻尼振动)(多选)一单摆做阻尼振动，则在振动过程中( )
A．振幅越来越小，周期也越来越小
B．振幅越来越小，周期不变
C．在振动过程中，通过某一位置时，机械能始终不变
D．振动过程中，机械能不守恒
答案 BD
解析 因单摆做阻尼振动，根据阻尼振动的定义可知，其振幅越来越小，而单摆振动过程中的周期是其固有周期，是由本身条件决定的，是不变的，故A错误，B正确；因单摆做阻尼振动的过程中，振幅逐渐减小，振动的能量也在减小，即机械能在减少，故C错误，D正确。
8．(对共振的理解)(多选)一砝码和一轻弹簧构成弹簧振子，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
答案 AC
解析 题图乙是弹簧振子未加驱动力时的振动图线，由题图乙读出的周期为其振动的固有周期，即T0＝4 s，A正确，B错误；题图丙是弹簧振子在驱动力作用下的振动图线，其振动的周期等于驱动力的周期，即T＝8 s，当固有周期与驱动力的周期相同时，其振幅最大，两周期相差越大，其振动振幅越小，故C正确，D错误。
9. (共振)如图所示装置中，已知弹簧振子的固有频率f固＝2 Hz，电动机皮带轮的直径d1是曲轴皮带轮的直径d2的。为使弹簧振子的振幅最大，则电动机的转速应为( )
A．60 r/min B．120 r/min
C．30 r/min D．240 r/min
答案 D
解析 为使弹簧振子的振幅最大，则曲轴转动频率为f＝2 Hz，即转速为2 r/s。由于＝＝，ω1r1＝ω2r2，故＝，所以电动机转速为4 r/s，即240 r/min，D正确。
10．(共振及其应用与防止)(多选)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
答案 AD
解析 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；列车过桥做减速运动，是为了使驱动力的频率远小于桥梁的固有频率，防止桥梁发生共振，B错误；列车运行的振动频率等于驱动力的频率，与列车的固有频率无关，C错误；由v＝知，L增大时，T不变，危险车速v变大，有利于列车高速运行，D正确。
11．(受迫振动和共振曲线)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的( )
A．a点 B．b点
C．c点 D．以上均错误
答案 A
解析 由题图甲知振子的固有频率与驱动力频率的关系是f驱＝f固，而c点对应的驱动力频率等于f固，所以此受迫振动对应的状态一定不是图乙中的b点和c点，可能是a点，故A正确。
12．(共振)(多选)如图所示为单摆在两次受迫振动中的共振曲线，下列说法正确的是( )
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Ⅰ表示月球上单摆的共振曲线
B．若两次受迫振动是在地球上同一地点进行的，则两次摆长之比l1∶l2＝25∶4
C．图线Ⅱ若是在地球上完成的，则该摆摆长约为1 m
D．若摆长约为1 m，则图线Ⅰ是在地球上完成的
答案 ABC
解析 图线中振幅最大处对应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f1＝0.2 Hz，f2＝0.5 Hz。根据周期公式可得f＝＝ ，当两摆分别在月球上和地球上做受迫振动且摆长相等时，g越大，f越大，所以g2>g1，由于月球上的重力加速度比地球上的小，所以图线Ⅰ表示月球上单摆的共振曲线，A正确；若两次受迫振动是在地球上同一地点进行的，则g相同，两次摆长之比l1∶l2＝∶＝25∶4，B正确；图线Ⅱ若是在地球上完成的，将g＝9.8 m/s2和f2＝0.5 Hz代入固有频率的计算公式可解得l2≈1 m，故C正确；若摆长约为1 m，将f1＝0.2 Hz和l1＝1 m代入固有频率的计算公式可解得g≈1.6 m/s2，则图线Ⅰ不是在地球上完成的，故D错误。
A．机械能不断减小 B．动能不断减小
C．振幅不断减小 D．一定不是简谐运动
答案 ACD
解析 阻尼振动是振幅不断减小的振动，故阻尼振动一定不是简谐运动，而振幅是振动能量的标志，故阻尼振动中机械能不断减小，但动能在振动过程中是不断变化的，并不是不断减小。故B错误，A、C、D正确。
2．(阻尼振动和受迫振动)(多选)下列说法中正确的是( )
A．实际的自由振动必然是阻尼振动
B．在外力作用下的振动是受迫振动
C．阻尼振动的振幅越来越小
D．受迫振动稳定后的频率与自身物理条件无关
答案 ACD
解析 实际的自由振动由于阻力的作用，振幅会越来越小，故一定为阻尼振动，A正确；物体在周期性驱动力的作用下的振动是受迫振动，故物体在外力作用下的振动不一定是受迫振动，B错误；阻尼振动的振幅越来越小，C正确；受迫振动稳定后的频率取决于驱动力的频率，与自身物理条件无关，D正确。
3．(共振)有一固有频率为400 Hz的弹簧振子，分别在周期性驱动力F1、F2作用下做受迫振动，其中驱动力F1的频率为100 Hz，驱动力F2的频率为300 Hz，则振动稳定后( )
A．F1作用时，振子的振幅较大，振动频率是100 Hz
B．F2作用时，振子的振幅较大，振动频率是300 Hz
C．F1作用时，振子的振幅较大，振动频率是400 Hz
D．F2作用时，振子的振幅较大，振动频率是400 Hz
答案 B
解析 振动稳定后，受迫振动的频率等于驱动力频率，C、D错误；由于弹簧振子的固有频率更接近驱动力F2的频率，所以F2作用时振子的振幅较大，B正确，A错误。
4. (受迫振动和共振)如图所示的演示装置，一根张紧的水平绳上挂着五个单摆，其中A、E摆长相同，先使A摆动，其余各摆也随着摆动起来，可以发现振动稳定后( )
A．各摆的固有周期均相同
B．各摆振动的周期均与A摆相同
C．C摆振幅最大
D．B摆振动周期最小
答案 B
解析 重力加速度相同时，单摆的固有周期由摆长决定，故除A、E固有周期相同外，其他摆的固有周期都不相同，A错误；A摆动后，通过水平绳对周围的B、C、D、E四个单摆提供周期性的驱动力，四摆都在同一驱动力作用下运动，故它们的振动周期均与A摆的固有周期相同，B正确，D错误；因为A、E摆长相同，固有周期相同，故E摆发生共振现象，其振幅最大，C错误。
5. (共振曲线)(多选)如图表示一弹簧振子做受迫振动时的振幅与驱动力频率的关系，由图可知( )
A．驱动力频率为f2时，振子处于共振状态
B．驱动力频率为f3时，振子的振动频率为f3
C．假如让振子自由振动，它的频率为f2
D．振子做自由振动时，频率可以为f1、f2、f3
答案 ABC
解析 由题图可知当驱动力的频率为f2时，振子的振幅最大，即振子发生共振现象，故A正确；由共振条件知振子的固有频率为f2，故C正确，D错误；振子做受迫振动时，振动频率由驱动力的频率决定，故B正确。
6．(共振及其应用与防止)脱水机把衣服脱水完后切断电源，电动机还要转一会儿才能停下来，在这一过程中，发现脱水机在某一时刻振动得很剧烈，然后又慢慢振动直至停止运转，其中振动很剧烈的原因是( )
A．脱水机没有放平稳
B．电动机在这一时刻转快了
C．电动机在这一时刻的转动频率跟脱水机的固有频率相近或相等
D．是脱水机出现了故障
答案 C
解析 电动机的转动使脱水机做受迫振动。切断电源后，电动机转动的频率是逐渐变化的，当它的频率接近或等于脱水机的固有频率时，发生共振现象，脱水机振动得很剧烈，C正确。
B组：等级性水平训练
7．(阻尼振动)(多选)一单摆做阻尼振动，则在振动过程中( )
A．振幅越来越小，周期也越来越小
B．振幅越来越小，周期不变
C．在振动过程中，通过某一位置时，机械能始终不变
D．振动过程中，机械能不守恒
答案 BD
解析 因单摆做阻尼振动，根据阻尼振动的定义可知，其振幅越来越小，而单摆振动过程中的周期是其固有周期，是由本身条件决定的，是不变的，故A错误，B正确；因单摆做阻尼振动的过程中，振幅逐渐减小，振动的能量也在减小，即机械能在减少，故C错误，D正确。
8．(对共振的理解)(多选)一砝码和一轻弹簧构成弹簧振子，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
答案 AC
解析 题图乙是弹簧振子未加驱动力时的振动图线，由题图乙读出的周期为其振动的固有周期，即T0＝4 s，A正确，B错误；题图丙是弹簧振子在驱动力作用下的振动图线，其振动的周期等于驱动力的周期，即T＝8 s，当固有周期与驱动力的周期相同时，其振幅最大，两周期相差越大，其振动振幅越小，故C正确，D错误。
9. (共振)如图所示装置中，已知弹簧振子的固有频率f固＝2 Hz，电动机皮带轮的直径d1是曲轴皮带轮的直径d2的。为使弹簧振子的振幅最大，则电动机的转速应为( )
A．60 r/min B．120 r/min
C．30 r/min D．240 r/min
答案 D
解析 为使弹簧振子的振幅最大，则曲轴转动频率为f＝2 Hz，即转速为2 r/s。由于＝＝，ω1r1＝ω2r2，故＝，所以电动机转速为4 r/s，即240 r/min，D正确。
10．(共振及其应用与防止)(多选)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
答案 AD
解析 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；列车过桥做减速运动，是为了使驱动力的频率远小于桥梁的固有频率，防止桥梁发生共振，B错误；列车运行的振动频率等于驱动力的频率，与列车的固有频率无关，C错误；由v＝知，L增大时，T不变，危险车速v变大，有利于列车高速运行，D正确。
11．(受迫振动和共振曲线)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的( )
A．a点 B．b点
C．c点 D．以上均错误
答案 A
解析 由题图甲知振子的固有频率与驱动力频率的关系是f驱＝f固，而c点对应的驱动力频率等于f固，所以此受迫振动对应的状态一定不是图乙中的b点和c点，可能是a点，故A正确。
12．(共振)(多选)如图所示为单摆在两次受迫振动中的共振曲线，下列说法正确的是( )
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Ⅰ表示月球上单摆的共振曲线
B．若两次受迫振动是在地球上同一地点进行的，则两次摆长之比l1∶l2＝25∶4
C．图线Ⅱ若是在地球上完成的，则该摆摆长约为1 m
D．若摆长约为1 m，则图线Ⅰ是在地球上完成的
答案 ABC
解析 图线中振幅最大处对应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f1＝0.2 Hz，f2＝0.5 Hz。根据周期公式可得f＝＝ ，当两摆分别在月球上和地球上做受迫振动且摆长相等时，g越大，f越大，所以g2>g1，由于月球上的重力加速度比地球上的小，所以图线Ⅰ表示月球上单摆的共振曲线，A正确；若两次受迫振动是在地球上同一地点进行的，则g相同，两次摆长之比l1∶l2＝∶＝25∶4，B正确；图线Ⅱ若是在地球上完成的，将g＝9.8 m/s2和f2＝0.5 Hz代入固有频率的计算公式可解得l2≈1 m，故C正确；若摆长约为1 m，将f1＝0.2 Hz和l1＝1 m代入固有频率的计算公式可解得g≈1.6 m/s2，则图线Ⅰ不是在地球上完成的，故D错误。