高中物理鲁科版 (2019)选择性必修 第一册第5节 生活中的振动课堂检测

第5节　生活中的振动

A级 必备知识基础练

1.(多选)研究单摆受迫振动规律时得到如图所示的共振曲线,下列说法正确的是 (　　)

A.其纵坐标为位移

B.其横坐标为固有频率

C.单摆的固有周期为2 s

D.图像的峰值表示单摆共振时的振幅

2.(多选)用两根完全一样的弹簧和一根细线将甲、乙两滑块连在光滑的水平面上,线上有张力,甲的质量大于乙的质量,如图所示。当线突然断开后,两滑块都开始做简谐运动,在运动过程中(　　)

A.甲的振幅一定等于乙的振幅

B.甲的振幅一定小于乙的振幅

C.甲的最大速度一定大于乙的最大速度

D.甲的最大速度一定小于乙的最大速度

3.(2023湖北高二期末)轿车的“悬挂系统”是指由车身与轮胎间的弹簧及避震器组成的整个支持系统。已知某型号轿车“悬挂系统”的固有频率是2 Hz。如图所示,这辆轿车正匀速通过某路口的条状减速带,已知相邻两条减速带间的距离为1.0 m,该轿车经过该减速带的过程中,下列说法正确的是(　　)

A.当该轿车通过减速带时,车身上下振动的频率均为2 Hz,与车速无关

B.该轿车通过减速带的速度越大,车身上下振动得越剧烈

C.当该轿车以7.2 km/h的速度通过减速带时,车身上下振动得最剧烈

D.当该轿车以不同速度通过减速带时,车身上下振动的剧烈程度一定不同

4.(多选)把一个筛子用四根弹簧支起来,在筛子上安装一个电动偏心轮,它每转一周,给筛子一个驱动力,这样就做成了一个共振筛。筛子做自由振动时,完成10次全振动用时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,增大筛子的质量可使筛子的固有周期增大。那么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.增大筛子质量 D.减小筛子质量

B级 关键能力提升练

5.两个单摆做受迫振动的共振曲线如图所示,则下列说法正确的是(　　)

A.两个单摆的固有周期之比为TⅠ∶TⅡ=2∶5

B.若两个受迫振动在地球上同一地点进行,则两个摆长之比为lⅠ∶lⅡ=4∶25

C.图线Ⅱ若是在地面上完成的,则该摆摆长约为1 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Ⅱ是月球上的单摆的共振曲线

6.飞力士棒是一种物理康复器材,其整体结构是一根两端带有负重的弹性杆,如图甲所示。某型号的飞力士棒的固有频率为4.5 Hz,某人用手振动该飞力士棒进行康复训练,如图乙所示,则下列说法正确的是(　　)

A.使用者用力越大,飞力士棒的振幅越大

B.手振动的频率越大,飞力士棒的振幅越大

C.手振动的频率越大,飞力士棒的振动频率越大

D.当手每分钟振动270次时,飞力士棒振动最弱

7.下图是用来测量各种发动机转速的仪器的原理图。在一铁支架MN上焊有固有频率依次为80 Hz、60 Hz、40 Hz、20 Hz的四个钢片a、b、c、d,将M端与正在转动的电动机接触,发现b钢片振幅最大,则发动机的转速最接近　　　　。 

8.如图所示,在张紧的绳子上挂A、B、C、D四个摆,其中A、B摆长相同。将摆A拉离平衡位置一定距离后由静止释放,摆A开始摆动,并通过绳子给摆B、C、D施加驱动力,使B、C、D做受迫振动,忽略其他能量损耗。

(1)比较四个摆的周期大小,并简要说明理由。

(2)B、C、D三个摆中谁的摆幅最大?为什么?

(3)分析摆A摆动过程中机械能是否守恒,并简要说明理由。

参考答案

第5节　生活中的振动

1.CD　共振曲线的纵坐标表示受迫振动的振幅,横坐标表示驱动力的频率,峰值表示驱动力频率等于固有频率时,发生共振的振幅。根据图像可知固有频率为0.5Hz,则单摆的固有周期为2s。故选C、D。

2.AD　两根弹簧完全相同,线未剪断时两弹簧所受拉力大小相等,伸长量相同,所以剪断线以后,甲、乙振幅相同,故A正确,B错误;又由于线未剪断时弹簧的弹性势能相同,所以甲、乙通过平衡位置时的动能相同,质量大的速度小,故C错误,D正确。

3.C　当轿车以速度v通过减速带时,车身上下振动的周期为T=,则车身上下振动的频率为f=,该值与车速有关,故A错误;车身上下振动的频率与车身系统的固有频率越接近,车身上下振动的剧烈程度越大,即当满足f==2Hz时,得v=2m/s=7.2km/h,故B错误,C正确;当该轿车以不同速度通过减速带时,车身上下振动的频率可能分别大于或小于车身系统的固有频率,车身上下振动的剧烈程度可能相同,故D错误。

4.AC　在题设条件下,筛子振动的固有周期T固=s=1.5s,电动偏心轮的转动周期(对筛子来说是驱动力的周期)T驱=1.67s。要使筛子振幅增大,也就是使这两个周期值靠近,可采用两种做法。第一,提高输入电压,使偏心轮转得快一些,减小驱动力的周期;第二,增大筛子的质量,使筛子的固有周期增大。故选A、C。

5.C　由共振曲线及共振的条件可知,Ⅰ和Ⅱ的固有频率分别为0.2Hz和0.5Hz,周期之比TⅠ∶TⅡ=5∶2,A项错误。由单摆的周期公式T=2π可知,lⅠ∶lⅡ==25∶4,B项错误。同时可知lⅡ==1m,C项正确。当摆长相等时,重力加速度越大,频率越大,月球表面重力加速度小于地球表面重力加速度,故D项错误。

6.C　人用手振动该飞力士棒,飞力士棒做受迫振动,受迫振动的频率等于驱动力的频率,手是驱动力,因此手振动的频率越大,飞力士棒的振动频率越大,选项C正确;驱动力的频率越接近固有频率,受迫振动的振幅越大,飞力士棒的振幅大小与驱动力的大小无关,选项A、B错误;当手每分钟振动270次时,驱动力的频率f=Hz=4.5Hz=f0,此时飞力士棒振动最强,选项D错误。

7.解析由于四个钢片在发动机周期性驱动力作用下做受迫振动,当钢片的固有频率等于驱动力的频率时,发生共振,振幅最大。由题意可知,b振幅最大,此时发动机提供的驱动力频率最接近b的固有频率60Hz,则发动机的转速最接近60r/s。

答案60 r/s

8.解析 (1)B、C、D做受迫振动,其振动的频率与驱动力的频率相同,即B、C、D做受迫振动的周期与摆A摆动的周期相同,所以四个摆的周期相同。

(2)受迫振动中,当驱动力频率等于固有频率时,产生共振现象,振幅达到最大,A、B摆长相同则固有频率相同,可知B发生共振,振幅最大。

(3)摆A开始摆动,并通过绳子给摆B、C、D施加驱动力,使B、C、D做受迫振动,忽略其他能量损耗,摆A的机械能转化为整个系统的机械能,则摆A摆动过程中机械能不守恒。

答案 (1)四个摆的周期相同,理由见解析　(2)B的振幅最大,理由见解析　(3)摆A摆动过程中机械能不守恒,理由见解析