高中物理鲁科版 (2019)选择性必修 第一册第2章 机械振动第5节 生活中的振动课时作业

第5节　生活中的振动

基础过关练

题组一　对阻尼振动的理解

1.(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

2.(多选)若空气阻力不可忽略,单摆在偏角很小的摆动中,总是减小的物理量为              (　　)

A.振幅　　　B.位移　　　C.周期　　　D.机械能

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A、B两点的连线与横轴平行,下列说法正确的是              (　易错　)

A.振子在A时刻的动能等于B时刻的动能

B.振子在A时刻的势能等于B时刻的势能

C.振子在A时刻的机械能等于B时刻的机械能

D.振子在A时刻的机械能大于B时刻的机械能

题组二　受迫振动

4.(多选)下列说法中正确的是 (　　)

A.有阻力的振动称为受迫振动

B.物体振动时受到外力作用,它的振动就是受迫振动

C.物体在周期性外力作用下的振动称为受迫振动

D.物体在周期性外力作用下振动,它的振动频率最终等于驱动力频率

5.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上下振动

6.(2020陕西新城西安中学高二期中)(多选)一砝码和一轻弹簧构成弹簧振子,用图甲所示的装置研究该弹簧振子的受迫振动。匀速转动把手时,曲杆给弹簧振子一驱动力,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,砝码的振动图像如图丙所示。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              (　　)

甲

乙

丙

A.由图线可知T0=4 s

B.由图线可知T0=8 s

C.当T约等于4 s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约等于8 s时,Y显著增大;当T比8 s小得多或大得多时,Y很小

题组三　对共振现象的理解

7.(2020福建龙海二中高三开学考试)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。一排等间距设置的减速带,可有效降低车速。如果某段路面上设有一排减速带,相邻的减速带的间距为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的速度行驶时颠簸得最厉害

C.当汽车以3 m/s的速度行驶时最不颠簸

D.汽车速度越大,颠簸得就越厉害

8.在实验室可以做“声波碎杯”的实验。用手指轻弹一只酒杯,可以听到清脆的声音,测得这声音的频率为500 Hz。将这只酒杯放在两个大功率的声波发生器之间,操作人员通过调整声波发生器发出的声波,就能使酒杯碎掉。下列说法中正确的是              (　　)

A.操作人员一定是把声波发生器的功率调到了很大

B.操作人员可能是使声波发生器发出了频率很高的超声波

C.操作人员一定是同时增大了声波发生器的功率和发出声波的频率

D.操作人员将声波发生器发出的声波频率调到了500 Hz

9.下表记录了某受迫振动的振幅随驱动力频率变化的关系,若该振动系统的固有频率为f固,则              (　　)

A.f固=60 Hz　　　B.60 Hz<f固<70 Hz

C.50 Hz<f固<60 Hz　　　D.以上三项都不对

10.(多选)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,下列说法正确的是              (　　)

A.摆长约为10 cm

B.摆长约为1 m

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”将向左移动

11.(多选)单摆M、N、O、P自由振动时,振动图像分别如图2中甲、乙、丙、丁所示。现将单摆M、N、O、P悬挂在如图1所示支架的细线上,并保持各自的摆长不变,使其中一个单摆振动,经过足够长的时间,其他三个都可能振动起来。不计空气阻力,下列判断正确的是              (　　)

图1

图2

A.若使M振动起来,P不会振动

B.若使M振动起来,稳定时N振动的周期仍小于2 s

C.若使P振动起来,稳定时M比N的振幅大

D.若使O振动起来,稳定时M的振动周期等于3 s

12.(多选)把一个筛子用四根弹簧支起来,筛子上装一个电动偏心轮,它每转一周给筛子一个驱动力,这就成了一个共振筛,筛子在做自由振动时,每次全振动用时2 s,在某电压下电动偏心轮转速是36 r/min。已知如果增大电压可以使偏心轮转速提高;增加筛子质量,可以增大筛子的固有周期。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.增加筛子质量　　　D.减小筛子质量

13.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。(g=9.86 m/s2,π=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)深度解析

答案全解全析

第5节　生活中的振动

基础过关练

1.ACD　实际的自由振动,必须不断克服外界阻力做功而消耗能量,振幅会逐渐减小,必然是阻尼振动,故A、C正确。只有在周期性外力(驱动力)的作用下,物体所做的振动才是受迫振动,故B错。受迫振动稳定后的频率等于驱动力频率,与自身物理条件无关,故D对。

2.AD　有空气阻力时,单摆的振动为阻尼振动,机械能不断减小,振幅也不断减小;摆球在平衡位置时,位移为零,之后位移增大,直至动能为零时位移达到最大,然后位移又减小到零,所以位移不是一直减小;根据单摆周期公式T=2π,l不变,则T不变,故选A、D。

3.BD　由于弹簧振子做阻尼振动,所以A时刻的机械能大于B时刻的机械能,C项错误,D项正确;由于振子的势能与振子的位移有关,故B项正确;振子在A时刻的动能大于B时刻的动能,A项错误。

易错警示

(1)阻尼振动的振幅不断减小,机械能不断减少,转化为其他形式的能;

(2)阻尼振动的频率不变,其频率为固有频率,由系统本身决定。

4.CD　物体在周期性外力作用下的振动称为受迫振动,选项C对,B错;这个周期性的外力应当能给振动物体补充能量,而阻力不行,选项A错;受迫振动的频率最终等于驱动力频率,选项D对。

5.B　受迫振动是在周期性外力作用下产生的振动,故选B。

6.AC　题图乙是保持把手不动,弹簧振子自由振动的振动图像,其周期为固有周期,由图可知,固有周期是4 s,选项A对,B错。振子在做受迫振动时,驱动力的周期越接近固有周期,其振动的振幅就越大,比较题图丙中驱动力的周期为8 s,弹簧振子没有发生共振,故选项C对,D错。

7.B　当汽车以5 m/s的速度行驶时,驱动力的周期为T== s=0.3 s,频率f== 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== Hz=2 Hz,和固有频率相等,发生共振,所以颠簸得最厉害,B正确,C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.D　物体做受迫振动时,驱动力的频率与物体固有频率相等,则形成共振,共振时物体振幅最大,操作人员只需将声波发生器发出的声波频率调到500 Hz,就能使酒杯碎掉,故选D。

9.C　画出共振曲线如图所示,由图可判断出f驱与f固相差越大,受迫振动的振幅越小;f驱与f固越接近,受迫振动的振幅越大。并从中看出f驱越接近f固,振幅的变化越慢。根据以上分析并比较各组数据知f固应在50~60 Hz范围内,即C选项正确。

10.BD　由题图可知,单摆的周期T= s=2 s,由T=2π可求得l=≈1 m,A项错误,B项正确;若增大摆长,单摆的固有周期增大,固有频率减小,故共振曲线的“峰”将向左移动,C项错误,D项正确。

11.CD　若使M振动起来,其他单摆也会振动,做受迫振动,故A项错误;受迫振动的周期等于驱动力的周期,故B项错误;若使P振动起来,由于M的固有周期与驱动力的周期相同,M发生共振,稳定时M比N的振幅大,故C项正确;O自由振动时,周期为3 s,若使O振动起来,M做受迫振动,则振动周期也为3 s,故D项正确。

12.BD　筛子的固有周期为T0=2 s,而偏心轮的转动周期T偏= s= s,那么要想使筛子振幅增大,可增大偏心轮的转动周期,或减小筛子的固有周期。由题意可知,应降低输入电压或减小筛子的质量,故B、D两项正确。

13.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2.5 Hz。

(2)由题图乙可以看出单摆的固有频率为0.3 Hz,周期为 s,由单摆的周期公式T=2π,解得l==× m≈2.78 m。

方法技巧

分析受迫振动的方法

(1)在分析受迫振动时,首先要弄清驱动力的来源。

(2)受迫振动的频率等于驱动力的频率,与物体的固有频率无关,因而首先应确定驱动力的频率。

(3)当驱动力的频率等于物体的固有频率时,发生共振。