（2021新人教版）高中物理选修性必修第一册第二章机械振动2.6受迫振动　共振课后作业.docx

1、新人教版选择性必修一课后作业第二章机械振动受迫振动共振 一、选择题 1.由于存在空气阻力,严格来讲,任何物体的机械振动都不是简谐运动,在振动过程中() A.振幅减小,周期减小,机械能减小 B.振幅减小,周期不变,机械能减小 C.振幅不变,周期减小,机械能减小 D.振幅不变,周期不变,机械能减小 2.(多选)关于阻尼振动,下列说法正确的是() A.阻尼振动就是减幅振动,其振动的能量不断减少 B.实际的振动系统不可避免地要受到阻尼作用 C.阻尼振动的振幅、振动能量、振动周期逐渐减小 D.对做阻尼振动的振子来说,其机械能逐渐转化为内能 3.(多选)如图所示是一个弹簧振子做阻尼振动的振动图像,曲线上

2、A、B 两点的连线与横轴平行,下 列说法正确的是() A.振子在 A 点的动能等于在 B 点的动能 B.振子在 A 点的势能等于在 B 点的势能 C.振子在 A 点的机械能等于在 B 点的机械能 D.振子在 A 点的机械能大于在 B 点的机械能 4.下列振动中属于受迫振动的是() A.用重锤敲击一下悬吊着的钟后,钟的摆动 B.打点计时器接通电源后,振针的振动 C.小孩睡在自由摆动的吊床上,小孩随着吊床一起摆动 D.弹簧振子在竖直方向上振动 5.(多选)如图所示,在一根张紧的水平绳上,悬挂有 a、b、c、d、e 五个单摆,让 a 摆略偏离平衡位 置后无初速度释放,在垂直纸面的平面内振动;接着其余

3、各摆也开始振动,当振动稳定后,下列说法中 正确的有() A.各摆的振动周期与 a 摆相同 B.各摆的振动周期不同,c 摆的周期最长 C.各摆均做自由振动 D.各摆的振幅大小不同,c 摆的振幅最大 6.(多选)如图所示为某振动系统做受迫振动的振幅 A 随驱动力频率 f 变化的关系图,则下列说法正 确的是() A.振动系统的固有频率为 f0 B.当驱动力频率为 f0时,振动系统会发生共振现象 C.振动系统振动的频率由驱动力频率和振动系统的固有频率共同决定 D.驱动力频率越大,振动系统的振幅越大 7.为了交通安全,常在公路上设置如图所示的减速带,减速带使路面稍微拱起,以达到使车辆减速的 目的。一排等

4、间距设置的减速带,可有效降低车速,称为洗衣板效应。如果某路面上的一排等间距减 速带的间距为 1.5 m,一辆固有频率为 2 Hz 的汽车匀速驶过这排减速带,下列说法正确的是() A.当汽车以 5 m/s 的速度行驶时,其振动频率为 2 Hz B.当汽车以 3 m/s 的速度行驶时最不颠簸 C.当汽车以 3 m/s 的速度行驶时颠簸得最厉害 D.汽车速度越大,颠簸得就越厉害 8.筛选出题干有用的信息,再结合本阶段学习的物理知识解决以下问题:把一个筛子用四根弹簧支起 来,筛子上安一个电动偏心轮,它每转一周,给筛子一个驱动力,这样就做成了一个共振筛,如图所示。 筛子自由振动时,完成 10 次全振动用

5、时 15 s;在某电压下,电动偏心轮的转速是 36 r/min。已知增 大电压可使偏心轮转速提高;增加筛子质量,可以增大筛子的固有周期。 (1)为了筛子更好的工作,我们希望它的振幅增大,可以利用共振现象。若增大受迫振动的振幅,可采 取两种方法使之发生共振,请描述共振发生的条件:。 (2)要使筛子的振幅增大,下列做法正确的是。 A.提高输入电压B.降低输入电压 C.增加筛子质量D.减小筛子质量 9.(多选)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 200 Hz,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

6、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 10.(多选)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.此单摆的摆长约为 1 m C.若摆长增大,则单摆的固有频率减小 D.若摆长增大,则共振曲线的峰值将向右移动 11.2020 年伊始出现了罕见的新型冠状病毒,感染患者在医院进行治疗时,需要打吊瓶。如图所示,该 病人正在输 b 液体,输了一半时他的左手动了一下,这个动作拉扯到

7、了输液管,使 b 吊瓶晃动了起来, 紧接着待输的 a、c 吊瓶(液体均满瓶)也跟着晃动起来,假设悬挂三个吊瓶的细绳长度相同,b、c 两 吊瓶大小相同,则() A.b、c 两吊瓶发生共振 B.a、b、c 三个吊瓶均做自由振动 C.只有 b、c 两吊瓶的振动周期相同 D.a、b、c 三个吊瓶的振动周期相同 12.如图所示,一台玩具电动机的轴上安有一个小皮带轮甲,通过皮带带动皮带轮乙 转动(皮带不打滑),皮带轮乙上距离轴心 O 2 mm 处安有一个圆环 P。一根细绳一端 固定在圆环 P 上,另一端固定在对面的支架上,绳沿水平方向且绷紧,在绳上悬挂着 4 个单摆 a、b、c、d。已知电动机的转速是 1

8、49 r/min,甲、乙两皮带轮的半径之比为 15,4 个单 摆的摆长分别是 100 cm、80 cm、60 cm、40 cm。电动机匀速转动过程中,哪个单摆的振幅最大(g 取 10 m/s 2)( ) A.单摆 aB.单摆 bC.单摆 cD.单摆 d 13.如图所示为两个单摆做受迫振动的共振曲线,则下列说法正确的是() A.两个单摆的固有周期之比为 TT=52 B.若两个受迫振动在地球上同一地点进行,则两者摆长之比为 LL=425 C.图线对应的单摆若是在地面上完成的,则该摆摆长约为 2 m D.若两个受迫振动分别在月球上和地球上进行,且摆长相等,则图线是月球上的单摆的共振曲线 二、非选择题

9、二、非选择题 14.如图甲所示,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。当圆盘静止时,让小球在水中 振动,球将做阻尼振动。现使圆盘以不同的频率振动,测得共振曲线如图乙所示。(取 g=9.86 m/s 2,=3.14) (1)当圆盘以 0.4 s 的周期匀速转动,经过一段时间后,小球振动达到稳定,它振动的频率是多少? (2)若一个单摆的摆动周期与球做阻尼振动的周期相同,该单摆的摆长约为多少?(结果保留三位有效 数字) 答案答案 一、选择题 1.B由于存在空气阻力,振动系统在振动过程中机械能减小,

10、振幅减小,但其周期为固有周期,故周 期不变,选 B。 2.ABD振动系统的振动频率与其本身的结构有关,为固有频率,所以在阻尼振动中,振幅逐渐减小, 振动能量逐渐减少,最终转化为内能,但周期不变,故 A、D 正确,C 错误。实际的振动系统都要受到摩 擦力或空气阻力等阻尼作用,故 B 正确。 3.BD由于弹簧振子做阻尼振动,所以振子在 A 点的机械能大于在 B 点的机械能,选项 C 错,D 对;弹 簧的弹性势能与弹簧的形变量有关,振子在 A、B 两点时,弹簧的形变量相同,选项 B 对;振子在 A 点 的动能大于在 B 点的动能,选项 A 错。 4.B受迫振动是振动系统在驱动力作用下的振动,故只有

11、B 是受迫振动。A、C 是阻尼振动,D 是简 谐运动。 5.AD让 a 摆略偏离平衡位置后无初速度释放,a 摆做自由振动,其振动的周期等于固有周期;b、c、 d、e 四个单摆在 a 摆的驱动力作用下做受迫振动,振动周期等于驱动力的周期,所以各摆的振动周期 与 a 摆相同,A 正确,B、C 错误;c 摆的摆长与 a 摆的摆长相等,固有频率相等,所以 c 摆发生共振,振 幅最大,其他各摆的振幅各不相同,D 正确。 关键点拨 做受迫振动的物体,其振动频率由驱动力频率决定,而与物体的固有频率无关。 6.AB由受迫振动振幅与驱动力频率的关系图可知,当驱动力的频率为 f0时,振动系统做受迫振动的 振幅最大

12、,则由共振的条件可知,振动系统的固有频率为 f0,A、B 正确;振动系统振动的频率由驱动力 的频率决定,C 错误;驱动力频率越接近于振动系统的固有频率时,振动系统的振幅越大,D 错误。 7.C当汽车以 5 m/s 的速度行驶时,驱动力的周期为 T=? ?= 1.5 5 s=0.3 s,频率 f=1 ?= 10 3 Hz,A 错误;当汽车 以 3 m/s 的速度行驶时,汽车的受迫振动频率为 f=? ?= 3 1.5 Hz=2 Hz,和固有频率相等,发生共振,所以颠 簸得最厉害,C 正确,B 错误;当驱动力的频率越接近固有频率时,汽车越颠簸,而非汽车的速度越大越 颠簸,故 D 错误。 8.A若两个

13、受迫振动均在地球上同一地点进行,则重力加速度相等,因为两个单摆的固有频率之比 为 25,则两者固有周期之比为 52,根据 T=2 ? ?,知两者摆长之比为 254,故 A 正确,B 错误;图 线对应的单摆若是在地面上完成的,其固有频率为 0.5 Hz,根据 f= 1 2 ? ?,解得 L1 m,故 C 错误;若 两个受迫振动分别在月球上和地球上进行,因为图线对应的单摆的固有频率较小,则其固有周期较 大,根据 T=2 ? ?,知周期大的重力加速度小,则图线是月球上的单摆的共振曲线,图线是地球上 的单摆的共振曲线,故 D 错误。 9.CD根据共振的条件可知,驱动力的频率等于物体的固有频率时,物体发

14、生共振,振幅达最大,A 错 误;当“落网”昆虫翅膀振动的频率低于 200 Hz 时,丝网发生受迫振动,B 错误;当“落网”昆虫翅膀 振动的周期为 0.005 s 时,其频率 f=1 ?= 1 0.005 Hz=200 Hz,与丝网的固有频率相等,丝网发生共振,所以 丝网的振幅最大,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,D 正确。 10.ABC单摆做受迫振动,其振动频率与驱动力的频率相等,当驱动力的频率等于单摆的固有频率时, 发生共振,此时单摆的振幅最大,则单摆的固有频率为 0.5 Hz,A 正确。共振时单摆的振动频率与固

15、 有频率相等,则周期为 2 s,由公式 T=2 ? ?,可得 L1 m,B 正确。若摆长增大,单摆的固有周期增大, 则固有频率减小,所以共振曲线的峰值将向左移动,C 正确、D 错误。 11.D由于 b、c 两吊瓶重心高度不同,导致有效摆长不同,所以二者不会发生共振,A 错误;只有 b 吊 瓶做自由振动,a、c 两吊瓶均做受迫振动,B 错误;a、c 两吊瓶在 b 吊瓶的驱动力作用下做受迫振动, 振动周期等于驱动力的周期,所以 a、b、c 三个吊瓶的振动周期相同,C 错误,D 正确。 12.A电动机的转速是 149 r/min,则周期 T 甲= 1 ?= 60 149 s,甲、乙两皮带轮的半径之比

16、是 15,则乙的周 期是 T 乙= 300 149 s;要发生共振,由单摆周期公式 T=2 ? ?可得对应单摆的摆长为 1.028 m;题中给出的四 个单摆中 a 的摆长最接近,所以 a 的振幅最大,选 A。 二、非选择题 13.答案(1)驱动力的频率等于筛子的固有频率(2)AC 解析(1)当驱动力的频率和筛子的固有频率相等时,筛子发生共振,故共振发生的条件为:驱动力的 频率等于筛子的固有频率。(2)由题可知,筛子的固有频率为 f0=10 15 Hz=2 3 Hz,驱动力的频率 f=n=0.6 Hz。要增加筛子的振幅,就要增加偏心轮的频率,或者减小筛子的固有频率,故可提高输入电压,或者 增大筛子的质量,A、C 正确,B、D 错误。 14.答案(1)2.5 Hz(2)2.78 m 解析(1)小球振动达到稳定时周期为 0.4 s,频率为 f=1 ?=2.5 Hz。 (2)由题图乙可以看出,球振动的固有频率为 0.3 Hz,则单摆的固有频率为 0.3 Hz,周期为 1 0.3 s,由单 摆的周期公式 T=2 ? ?,解得 l= ?2g 42= 1 0.32 9.86 43.142 m2.78 m。