广州市第六十五中学2019-2020学年高中物理粤教版选修3-4：1.6受迫振动 共振 课时训练（含解析）

1.6受迫振动共振
1．A、B
两个单摆，A
摆的固有频率为
4f，B
摆的固有频率为
f，若让它们在频率为
5f
的驱动力作用下做受迫振
动，则两单摆比较（
）
A．A
摆振幅较大，振动频率为
f
B．B
摆振幅较大，振动频率为
4f
C．A
摆振幅较大，振动频率为
5f
D．B
摆振幅较大，振动频率为
5f
2．下列说法正确的是（　　）
A．洗衣机工作时机壳的振动频率等于其固有频率
B．鼓手随音乐敲击鼓面时鼓面的振动是自由振动
C．为了防止桥梁发生共振而坍塌,部队要齐步通过桥梁
D．声音可振碎玻璃杯，是因为玻璃杯发生了共振
3．如图甲所示，一个有固定转动轴的竖直圆盘转动时，固定在圆盘上的小圆柱带动一个形支架在竖直方向振动，
形支架的下面系着一个由弹簧和小球组成的振动系统．圆盘静止时，让小球做简谐运动，其振动图像如图乙所示．圆盘匀速转动时，小球做受迫振动．小球振动稳定时．下列说法正确的是（
）
A．小球振动的固有频率是
B．小球做受迫振动时周期一定是
C．圆盘转动周期在附近时，小球振幅显著增大
D．圆盘转动周期在附近时，小球振幅显著减小
4．如图所示，A、B、C、D、E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．稳定后，下列结论正确的是　　
A．其它各摆的振动周期与A摆的振动周期相同
B．其它各摆的振幅都相等
C．其它各摆的振幅不同，D摆的振幅最大
D．其它各摆的振动周期不同，E摆周期最大
5．一根绷紧的绳上，悬挂着五个摆球，a和c摆长相等，其余各摆摆长不等，如图所示。使a摆开始振动，则其余四个摆的振动情况是（　　　）
A．b摆振幅最大
B．c摆的振幅最大
C．d振动最快
D．e振动最快
6．如图所示为一个弹簧振子做受迫振动时的振幅与驱动力频率之间的关系图线，由图可知
（　　）
A．振子振动频率为f1时，它处于共振状态
B．驱动力频率为f3时，振子振动频率为f3
C．若撤去驱动力让振子做自由振动，频率是f3
D．振子做自由振动的频率可以为f1、f2、f3
7．下列关于机械振动的有关说法正确的是__________
A．简谐运动的回复力是按效果命名的力
B．振动图象描述的是振动质点的轨迹
C．受迫振动的频率等于驱动力的频率
D．当驱动力的频率等于受迫振动系统的固有频率时，振幅最大
E.机械振动的振动能量对外传播时不需要依赖介质
8．蜘蛛会根据丝网的振动情况感知是否有昆虫“落网”，若丝网的固有频率为200Hz，下列说法正确的是
A．“落网”昆虫翅膀振动的频率越大，丝网的振幅越大
B．当“落网”昆虫翅膀振动的频率低于200
Hz时，丝网不振动
C．当“落网”昆虫翅膀振动的周期为0.005
s时，丝网的振幅最大
D．昆虫“落网”时，丝网振动的频率由“落网”昆虫翅膀振动的频率决定
9．一砝码和一轻弹簧构成弹簧振子，如图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(1)所示.当把手以某一連度匀速转动，受迫振动达到稳定时，砝码的振动图线如图(2)所示．若用f0表示弹簧振子的固有频率，f表示驱动力的频率，则(
)
A．由图线可知f0
=4Hz
B．由图线可知f0=8Hz
C．由图线可知砝码做受迫振动的周期为8s
D．由图线可知，缓慢增大把手转动速度至15r/min，稳定后砝码振动的振幅也将增大
10．一洗衣机在正常工作时非常平稳，当切断电源后发现先是振动越来越剧烈、然后振动逐渐减弱，这一过程中洗衣机振幅随波轮转速（国际单位制中，转速与波轮对洗衣机施加的力的频率数值上相等）变化的关系图线如图所示，对这一现象下列说法正确的是（
）
A．正常工作时，洗衣机波轮的转速数值上大于洗衣机的固有频率
B．正常工作时，洗衣机波轮的转速数值上小于洗衣机的固有频率
C．当洗衣机振动最剧烈时，洗衣机的固有频率最大
D．当洗衣机振动最剧烈时，波轮转速数值上恰等于洗衣机的固有频率
11．下列说法正确的是
。
A．单摆在周期性外力作用下做受迫振动，其振动周期与单摆的摆长无关
B．真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的
C．变化的电场一定产生变化的磁场，变化的磁场一定产生变化的电场
D．对于同一障碍物，波长越短的光越容易绕过去
E.
用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的干涉
12．如图所示，一根水平张紧的绳子系着5个单摆，摆长自左向右依次为、、、、；若让D先摆动起来，其周期为T.在这以后，A、B、C、E各摆的情况是(　　)
A．B摆振幅最大
B．E摆振幅最大
C．C摆振动的周期为T
D．A摆振动的周期大于T
13．如图是探究单摆共振条件时得到的图象，它表示了振幅跟驱动力频率之间的关系，（取）试分析：
（1）这个单摆的摆长是多少？
（2）如果摆长变长一些，画出来的图象的高峰将向哪个方向移动？
14．某物理学习小组制作了一个实验装置，如图所示，在曲轴上悬挂一个弹簧振子，如果转动把手，曲轴可以带动弹簧振子上下振动，求：
（1）开始时不转动把手，而用手往下拉振子，然后放手让振子上下振动，测得振子在内完成40次全振动，（不计空气阻力和摩擦）振子做什么运动？其固有周期和固有频率各是多少？若考虑摩擦和空气阻力，振子做什么运动？
（2）某同学若以转速匀速转动把手，振子的振动稳定后，振子做什么运动？其周期和频率各是多少？
参考答案
1．C
【解析】
受迫振动的频率等于驱动力的频率，当系统的固有频率等于驱动力的频率时，系统达到共振，振幅达最大。故A、B两个单摆都做受迫振动，频率为5f，A摆固有频率接近驱动力的频率，则A的振幅较大，所以C正确，ABD错误。
2．D
【解析】
A．正常工作时，洗衣机波轮的运转频率比洗衣机的固有频率大，所以洗衣机工作时机壳的振动频率大于其固有频率，故A错误；
B．鼓手随音乐敲击鼓面时鼓面的振动是受迫振动，故B错误；
C．部队经过桥梁时，规定不许齐步走，主要原因是避免使桥发生共振，故C错误；
D．较弱声音可振碎玻璃杯，是因为玻璃杯发生了共振，故D正确；
3．C
【解析】由图读出：小球振动的固有周期，则其固有频率为，A错误；小球做受迫振动时周期等于驱动力的周期，即等于圆盘转动周期，不一定等于固有周期，B错误；圆盘转动周期在附近时，驱动力周期等于振动系统的固有周期，小球产生共振现象，振幅显著增大，C正确D错误．
4．A
【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A．
【点睛】
本题关键明确两点：受迫振动的频率等于驱动力的频率；当受迫振动中的固有频率等于驱动力频率时，出现共振现象．
5．B
【解析】
由于a、c摆长相同，所以这两个摆的固有频率相同，则当a摆开始振动时，c摆出现共振现象，振幅达到最大；故A错误，B正确；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，故CD错误；故选B。
【点睛】
解决本题的关键知道受迫振动的频率等于驱动率的频率，当驱动力的频率接近物体的固有频率时，振幅最大，即共振．
6．B
【解析】
A．由共振曲线可知，出现振幅最大，则固有频率等于受迫振动的频率，为f2．故A错误．
B．受迫振动的频率有驱动力频率决定，驱动力的频率为f3时，振子振动的频率也为f3，故B正确．
C．当驱动力频率等于固有频率时，振子的振动幅度最大，故由图看出固有频率为f2．振子自由振动的频率由系统本身决定，为f2．故C错误．
D．振子作自由振动时，频率由系统本身决定，为f2．故D错误．
故选B．
点睛：振子自由振动的频率由系统本身决定；受迫振动的频率由驱动力频率决定；振幅最大时，固有频率等于受迫振动的频率.
7．ACD
【解析】
A．做简谐运动的物体所受到的回复力是按力作用效果命名的，故选项A正确；
B．振动图象描述的是振动质点在不同时刻的位移或者说描述质点位移随时间的变化关系，而不是其实际的运动轨迹，故选项B错误；
C．物体在周期性驱动力作用下做受迫振动，受迫振动的频率等于驱动力的频率．与固有频率无关，故选项C正确；
D．当驱动力的频率等于受迫振动系统的固有频率时，系统达到共振，振幅达最大，故选项D正确；
E．机械波是机械振动在介质中传播过程，必须依赖于介质，没有介质不能形成机械波，故选项E错误．
8．CD
【解析】
根据共振的条件可知，系统的固有频率等于驱动力的频率时，系统达到共振，振幅达最大，故A错误；当“落网”昆虫翅膀振动的频率低于200
Hz时，丝网仍然振动，B错误；当“落网”昆虫翅膀振动的周期为0.005s时，其频率：f=1/T=1/0.005＝200Hz，与丝网的固有频率相等，所以丝网的振幅最大。故C正确；受迫振动的频率等于驱动力的频率，所以昆虫“落网”时，丝网振动的频率由“落网”昆虫翅膀振动的频率决定。故D正确。故选CD。
9．CD
【解析】
ABC．有图像可知弹簧振子的固有周期为4s，因此弹簧振子的固有频率为，弹簧振子做受迫振动的周期为8s，受迫振动的频率为，故AB错误；C正确；
D．当转速n=15r/min=，即受迫振动的频率和弹簧振子的固有频率相同，物体达到共振，因此振幅增大，故D正确．
10．AD
【解析】
A.当波轮振动频率等于洗衣机固有频率时，发生共振，振幅最大，所以根据图像可知，正常工作时，洗衣机波轮的转速数值上大于洗衣机的固有频率，故A正确
B.根据选项A的分析，故B错误
C.固有频率是自身属性，不随外界变化。故C错误
D.当波轮振动频率等于洗衣机固有频率时，发生共振，振动最剧烈，故D正确
故选AD
11．ABE
【解析】
A项：单摆在周期性外力作用下做受迫振动，其振动的周期等于驱动力的周期，与单摆的固有周期无关，故A正确；
B项：根据相对论的基本原理知真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，故B正确；
C项：根据电磁场理论可知，均匀变化的电场产生稳定的磁场，均匀变化的磁场一定产生稳定的电场，故C错误；
D项：同一障碍物，波长越长的光波，越容易发生明显的衍射，越容易绕过去，故D错误；
E项：用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的薄膜干涉，即空气薄膜的前后两个表面反射的光相干涉，故E正确。
故选：ABE。
12．AC
【解析】
CD：A、B、C、E四个摆在D摆振动时产生的驱动力作用下做受迫振动；尽管A、B、C、E四个摆的摆长不同，固有周期不同；但它们做受迫振动的周期都等于D摆的振动周期。故C项正确，D项错误。
AB：在A、B、C、E四个摆中，B摆的摆长等于D摆的摆长，B摆的固有频率等于D摆产生的驱动力的频率，发生共振，振幅最大。故A项正确，B项错误。
【点睛】
物体做受迫振动时的频率（周期）等于驱动力的频率（周期）；当驱动力的频率等于物体的固有频率时，物体的振幅最大，出现共振现象。
13．（1）
（2）向左
【解析】
（1）由图可知，单摆的固有频率为0.3Hz
解得摆长。
（2）若摆长变长一些，由知其周期变大，频率变小，图中最高峰对应的频率即为此频率，故向左移动。
14．（1）简谐运动，
0.25s，
4Hz，阻尼振动；（2）受迫振动
，0.125s，
8Hz
【解析】
（1）用手往下拉振子使振动系统获得一定能量，放手后，在不计空气阻力和摩擦的情况下，振子因所受回复力与位移成正比，方向与位移方向相反，故它做简谐运动，其周期和频率是由它本身的性质决定的，称固有周期（）和固有频率（），根据题意可得：
，
Hz=4Hz；
当摩擦和空气阻力存在时，振子在振动过程中要克服摩擦力和阻力做功消耗能量，导致其振幅越来越小，故振动为阻尼振动。
（2）由于把手转动的转速为8r/s，它给弹簧振子的驱动力频率为Hz，周期s=0.125s，故振子做受迫振动，振动达到稳定状态后，其振动的频率=Hz，振动的周期=0.125s，即做受迫振动的物体振动的频率（或周期）等于驱动力的频率（或周期），而跟固有频率（或周期）无关。