山东省章丘中学2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-4：1.4生活中的振动 配套练习（含解析）

1.4生活中的振动配套练习
1．关于机械振动，下列说法中正确的是（　　）
A．简谐运动的平衡位置就是质点所受合力为零的位置
B．简谐运动物体的运动方向指向平衡位置时，速度方向与位移方向相同；背离平衡位置时，速度方向与位移方向相反
C．做简谐运动的质点先后通过同一点，回复力、动能、加速度、位移都是相同的
D．物体做受迫振动时，其振动频率与固有频率有关
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，由该图线可知（　　）
A．该单摆的摆长约为10cm
B．该单摆的摆长约为1m
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”将向上移动
3．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
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．如图所示为受迫振动的演示装置,当单摆A振动起来后,通过水平悬绳迫使单摆B、C振动，则下列说法正确的是
A．只有A、C摆振动周期相等
B．A摆的振幅比B摆小
C．C摆的振幅比B摆小
D．A、B、C三摆的振动周期相等
6．如图所示，摆球质量相同的四个摆的摆长分别为
、、、，悬于同一根横线上，用一周期为2s的驱动力以垂直于线的方向作用在横线上，使它们做受迫振动，稳定时（
）
A．四个摆的周期相同
B．摆1的振幅最大
C．四个摆的周期不同，但振幅相等
D．摆3的振幅最大
7．下列说法正确的是（
）
A．在同一地点，单摆做简谐振动的周期的平方与其摆长成正比
B．弹簧振子做简谐振动时，振动系统的势能与动能之和保持不变
C．在同一地点，当摆长不变时，摆球质量越大，单摆做简谐振动的周期越小
D．系统做稳定的受迫振动时，系统振动的频率等于周期性驱动力的频率
8．如图所示，A、B、C、D四个单摆的摆长分别为Ｌ、2Ｌ、Ｌ、，摆球的质量分别为2m、2m、m、，四个单摆静止地悬挂在一根水平细线上。现让A球振动起来，通过水平细线迫使B、C、D也振动起来，则下列说法正确的是（　　）
A．A球振动周期为
B．B、C、D三个单摆质量不同，周期不同
C．B、C、D中因D的质量最小，故其振幅是最大的
D．B、C、D中C的振幅最大
9．下列说法中正确的有（
）
A．简谐运动的回复力是按效果命名的力
B．振动图像描述的是振动质点的轨迹
C．当驱动力的频率等于受迫振动系统的固有频率时，受迫振动的振幅最大
D．两个简谐运动：x1＝4sin
(100πt＋)
cm和x2＝5sin
(100πt＋)
cm，它们的相位差恒定
10．如图甲所示在一条张紧的绳子上挂几个摆，a、c摆的摆长相同且小于b摆的摆长。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。图乙是c摆稳定以后的振动图像，重力加速度为g，不计空气阻力，则（　　）
A．a、b、c单摆的固有周期关系为Ta=TcB．b、c摆振动达到稳定时，c摆振幅较大
C．达到稳定时b摆的振幅最大
D．由图乙可知，此时b摆的周期Tb小于t0
E.a摆的摆长为
11．蜘蛛虽有8只眼睛，但视力很差，完全靠感觉来捕食和生活，它的腿能敏捷地感觉到丝网的振动，如图所示为丝网做受迫振动的振幅－频率关系图象．由图可知，落在网上的昆虫翅膀振动的频率为_________Hz左右时，蜘蛛感到网振动最为强烈，这种现象称为____________．
12．铁路上每根钢轨的长度为1200cm，每两根钢轨之间约有0.8cm的空隙，如果支持车厢的弹簧的固有振动周期为0.60s，那么列车的行驶速度v=________
m/s时，行驶中车厢振动得最厉害。
13．如图所示，一个竖直圆盘转动时，固定在圆盘上的小圆柱带动一个T形支架在竖直方向振动，T形支架的下面系着一个弹簧和小球组成的振动系统，小球浸没在水中；当圆盘转动一会静止后，小球做____振动（选填“阻尼”，“自由”，“受迫”）；若弹簧和小球构成的系统振动频率约为3Hz，现使圆盘以4s的周期匀速转动，经过一段时间后，小球振动达到稳定，小球的振动频率为_____Hz；逐渐改变圆盘的转动周期，当小球振动的振幅达到最大时，此时圆盘的周期为____s。
参考答案
1．C
【解析】
A．
做简谐运动的质点的回复力为零的位置是简谐运动的平衡位置，不一定是合外力等于0．如单摆的最低点，回复力等于0，合外力提供向心力。故A错误；
B．物体运动方向指向平衡位置时，速度的方向与位移的方向相反；背离平衡位置时，速度方向与位移方向相同，故B错误；
C．
做简谐运动的质点先后通过同一点时，相对平衡位置的位移相同，根据F=-kx可知回复力相同；那么，根据牛顿第二定律可得加速度相同，动能也是相同的，故C正确；
D．
做受迫振动时，其振动频率与驱动频率有关，与固有频率无关，故D错误。
故选C。
2．B
【解析】
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
故A错误，B正确。
CD．由单摆的频率公式
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CD错误。
故选B。
3．A
【解析】
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。由单摆的频率公式可得摆长，故A正确。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；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。
4．C
【解析】
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．D
【解析】
当单摆A振动起来后，单摆B、C做受迫振动，做受迫振动的物体的周期(或频率)等于驱动力的周期(或频率)，选项A错误而D正确；当物体的固有频率等于驱动力的频率时，发生共振现象，选项C正确而B错误．
6．AD
【解析】
根据单摆的周期公式将四个单摆的摆长代入公式，分别求得它们的周期是：，，，。
AC．四个摆振动起来后，驱动力使得摆做受迫振动，受迫振动的频率等于驱动力的频率，振动的周期都等于，所以各摆振动的周期都相等，故A正确，C错误；
BD．四个摆振动起来后，驱动力使得摆做受迫振动，由于摆3的固有周期与策动力的周期相等，故摆3发生共振，振幅最大，而摆1的振幅较小，故D正确，B错误。
故选AD。
7．ABD
【解析】根据单摆的周期公式T=2π，得T2=L．在同一地点，g一定，则知T2与L成正比，即单摆做简谐振动的周期的平方与其摆长成正比。故A正确。弹簧振子做简谐振动时，振动系统的机械能守恒，即振动系统的势能与动能之和保持不变。故B正确。根据单摆的周期公式T=2π，知单摆做简谐振动的周期与摆球质量无关，故C错误。系统做稳定的受迫振动时，系统振动的频率等于周期性驱动力的频率，与固有频率无关，故D正确；故选ABD。
点睛：解决本题的关键要掌握单摆周期公式T=2π，知道单摆的周期与摆球的质量无关，明确受迫振动的频率等于驱动力的频率，与固有频率无关．
8．AD
【解析】
A．由单摆周期公式可知，A球振动周期为，故A正确；
B．四个摆振动起来后，策动力使得摆做受迫振动，振动的周期都等于A球的振动周期，所以各摆振动的周期都相等，与质量无关，故B错误；
C．振动的振幅与摆球的质量无关，故C错误；
D．四个摆振动起来后，策动力使得摆做受迫振动，由于C的摆长与A摆长相同，固有频率等于策动力的频率，发生共振，则C的振幅最大，故D正确。
故选AD。
9．ACD
【解析】
A．简谐运动的回复力方向始终指向平衡位置使振子回到平衡位置的力，是按效果命名的，A正确；
B．振动图像描述的是振动质点在不同时刻的位移，不是其实际的运动轨迹，B错误；
C．物体做受迫振动的频率等于驱动力频率，当系统的固有频率等于驱动力的频率时，系统达到共振，振幅最大，故C正确；
D．两简谐运动频率相同，相位差为：
D正确。
故选ACD。
10．ABE
【解析】
A．由单摆周期公式，知固有周期关系为Ta=TcBC．因为Ta=Tc，所以c摆共振，达到稳定时，c摆振幅较大，
b摆的振幅最小，故B正确，C错误；
D．受迫振动的频率等于驱动力的频率，所以三个单摆的频率相同，周期相同，故Tb等于t0。故D错误。
E．由图乙与前面的分析可知a摆的周期为t0。由解得
故E正确。
故选ABE。
11．200
共振
【解析】
由图可知，当在网上的昆虫翅膀振动的频率为
200Hz左右时，丝网的振幅最大，蜘蛛感到网振动最为强烈；当策动力的频率等于物体的固有频率时，物体振动的振幅最大，这种情况倍称为共振．
12．20.01
【解析】列车的固有周期T=0.6s，当列车在长12m的钢轨上运行的时间为0.6s时，车厢发生共振，振幅最大，所以：
13．阻尼振动
0.25
0.33
【解析】当圆盘转动一会静止后，小球受阻力作用而做阻尼振动；若弹簧和小球构成的系统振动频率约为3Hz，现使圆盘以4s的周期匀速转动，经过一段时间后，小球振动达到稳定，小球的振动频率等于驱动力的频率，即为Hz=0.25Hz；逐渐改变圆盘的转动周期，当小球振动的振幅达到最大时，此时圆盘的周期等于小球的固有周期，即为=0.33s。