2019高中物理第十一章第5课时外力作用下的振动（对点练巩固练）（含解析）新人教版 9页

第5课时外力作用下的振动[对点训练]知识点一·阻尼振动和受迫振动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答案ACD解析实际的自由振动一定受到阻力而使得振动能量越来越小，所以是阻尼振动，表现为振幅越来越小。受迫振动必定是在周期性外力作用下的振动，稳定后的频率必定等于驱动力频率，与自身的物理条件无关，故A、C、D正确。2．(多选)一个单摆在做实际的阻尼振动时()A．周期越来越小B．位移越来越小C．振幅越来越小D．机械能越来越小答案CD解析在阻尼振动中，机械能不断减小，振幅也不断减小，而周期与振动有无阻尼无关，因而不会变化，而位移本身时刻在变化，并不是越来越小，故C、D正确。3．下列各种振动，不属于受迫振动的是()A．敲击后的锣面的振动B．缝纫机针的振动C．人挑担子时，担子上下振动D．蜻蜓、蝴蝶翅膀的振动答案A解析根据受迫振动的定义可判断A不属于受迫振动。4．两个弹簧振子，甲的固有频率是100Hz，乙的固有频率是400Hz，若它们均在频率是300Hz的驱动力作用下做受迫振动，则振动稳定后()A．甲的振幅较大，振动频率是100HzB．乙的振幅较大，振动频率是300HzC．甲的振幅较大，振动频率是300HzD．乙的振幅较大，振动频率是400Hz答案B解析振动稳定后，受迫振动的频率等于驱动力频率，A、D错误；由于乙的固有频率n更接近驱动力频率，所以乙的振幅较大，B正确，C错误。知识点二·共振现象5．(多选)某振动系统的固有频率为f0，在周期性驱动力的作用下做受迫振动，驱动力的频率为f。若驱动力的振幅保持不变，下列说法正确的是()A．当f＜f0时，该振动系统的振幅随f增大而减小B．当f＞f0时，该振动系统的振幅随f减小而增大C．该振动系统的振动稳定后，振动的频率等于f0D．该振动系统的振动稳定后，振动的频率等于f答案BD解析受迫振动的振动频率等于驱动力的频率，与物体的固有频率无关，所以D正确，C错误；根据共振曲线可知，当驱动力的频率接近物体的固有频率时，物体的振幅变大，所以B正确，A错误。6．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，测得这个声音的频率为500Hz。将这只酒杯放在两只大功率的声波发生器之间，操作人员通过调整其发出的声波，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发出声波的频率和功率D．操作人员一定是将声波发生器发生的声波频率调到500Hz答案D解析通过调整发生器发出的声波就能使酒杯碎掉，是利用共振的原理，因此操作人员一定是将声波发生器发出的声波频率调到500Hz，从而使酒杯发生共振，此时振幅最大，故D正确。7．如图所示，在一根张紧的绳上挂几个单摆，其中C、E两个摆的摆长相等，先使C摆振动，其余几个摆在C摆的带动下也发生了振动，则()A．只有E摆的振动周期与C摆相同B．B摆的频率比A、D、E摆的频率小C．E摆的振幅比A、B、D摆的振幅大D．B摆的振幅比A、D、E摆的振幅大答案C解析各摆均做受迫振动，故各摆的频率都相等，故A、B错误；因为E摆的摆长与C摆相同，故E、C两摆的固有周期相同，故E摆发生共振振动最强，振幅最大，所以C正确，D错误。n8．(多选)铺设铁轨时，每两根钢轨接缝处都必须留有一定的间隙，匀速运行列车经过轨端接缝处时，车轮就会受到一次冲击。由于每一根钢轨长度相等，所以这个冲击力是周期性的，列车受到周期性的冲击做受迫振动。普通钢轨长为12．6m，列车固有振动周期为0．315s。下列说法正确的是()A．列车的危险速率为40m/sB．列车过桥需要减速，是为了防止列车发生共振现象C．列车运行的振动频率和列车的固有频率总是相等的D．增加钢轨的长度有利于列车高速运行答案ABD解析对于受迫振动，当驱动力的频率与固有频率相等时将发生共振现象，所以列车的L危险速率v＝＝40m/s，A正确。为了防止共振现象发生，过桥时需要减速，B正确。由vTL＝知L增大时，T不变，v变大，所以D正确。T9．(多选)如图表示一弹簧振子做受迫振动时的振幅与驱动力频率的关系，由图可知()A．驱动力频率为f2时，振子处于共振状态B．驱动力频率为f3时，振子的振动频率为f3C．假如让振子自由振动，它的频率为f2D．振子做自由振动时，频率可以为f1、f2、f3答案ABC解析由题图可知当驱动力的频率为f2时，振子的振幅最大，即振子发生共振现象，故A正确；由共振条件知振子的固有频率为f2，所以C正确，D错误；振子做受迫振动时，振动频率由驱动力的频率决定，故B正确。知识点三·与单摆等知识综合应用10．A、B两个单摆，A摆的固有频率为f，B摆的固有频率为4f，若让它们在频率为5f的驱动力作用下做受迫振动，那么A、B两个单摆比较()A．A摆的振幅较大，振动频率为fB．A摆的振幅较大，振动频率为5fC．B摆的振幅较大，振动频率为5fD．B摆的振幅较大，振动频率为4f答案C解析A、B两单摆都做受迫振动，振动的频率等于驱动力的频率5f，B摆的固有频率更接近5f，故B摆振幅较大，C正确，A、B、D错误。n211．如图所示是一个单摆的共振曲线(g＝10m/s)，则()A．此单摆的摆长约为0．5mB．此单摆的周期约为0．5sC．若摆长增大，共振曲线的峰将向上移动D．若摆长增大，共振曲线的峰将向左移动答案D解析当驱动力的频率等于0．5Hz时，将发生共振，振幅最大，由单摆的共振曲线知，单摆的固有频率为0．5Hz，则单21LgT10×4摆的周期T＝＝2s。根据T＝2π得，L＝≈m2fg4π4×10L＝1m，故A、B错误；若摆长增大，根据T＝2π得，单摆的周期变大，固有频率变g小，共振曲线的峰将向左移动，故C错误，D正确。易错点·受迫振动的频率12．一洗衣机在正常工作时非常平稳，当切断电源后，发现洗衣机先是振动越来越剧烈，然后振动再逐渐减弱，对这一现象，下列说法正确的是()①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②正常工作时，洗衣机波轮的运转频率比洗衣机的固有频率小③正常工作时，洗衣机波轮的运转频率等于洗衣机的固有频率④当洗衣机振动最剧烈时，波轮的运转频率恰好等于洗衣机的固有频率A．②B．③C．①④D．②④易错分析易忽视洗衣机正常工作时是受迫振动，而切断电源后波轮的转动逐渐慢下来后才发生共振的，说明正常工作的频率比固有频率大得多。答案C解析洗衣机切断电源后，波轮的转动逐渐慢下来，在某一小段时间内洗衣机发生了强烈的振动，说明了此时波轮的频率与洗衣机的固有频率相同，发生了共振。此后波轮转速减慢，则f驱＜f固，所以共振现象消失，洗衣机的振动随之减弱，所以C正确。[提升训练]一、选择题1．(多选)某人挑着一担水前进，结果发现水桶里的水振动强烈，使水溅出，为了不使水溅出，他可采用的方法是()nA．加快行走步伐B．减慢行走步伐C．在水面上放几片较大的树叶D．以上方法都不行答案ABC解析为了不使水溅出，也就是使水的振幅减小，可采取的办法是：改变驱动力的频率，或改变水的固有频率，故A、B、C正确。2．(多选)下列关于应用共振和防止共振的说法，正确的是()A．共振现象总是有害的，所以要避免共振现象发生B．队伍过桥要慢行是为了不产生周期性的驱动力，从而避免产生共振C．火车过桥慢行是为了使驱动力的频率远小于桥的固有频率，从而避免产生共振D．利用共振时，应使驱动力的频率接近或等于振动物体的固有频率；防止共振危害时，应使驱动力的频率远离振动物体的固有频率答案CD解析共振现象如果有害就要防止共振现象的发生，让驱动力的频率远离固有频率，所以火车过桥慢行就是这个道理，C正确；共振也可以利用，这时就让驱动力的频率或周期接近或等于物体的固有周期或频率，因此D正确，A错误；队伍过桥要慢行不是为了不产生周期性的驱动力，而是让驱动力的周期远离桥的固有周期，避免产生共振，B错误。3．(多选)弹簧振子在振动过程中振幅逐渐减小，这是由于()A．振子开始振动时振幅太小B．在振动过程中要不断克服外界阻力做功，消耗能量C．动能和势能相互转化D．振子的机械能逐渐转化为内能答案BD解析由于有阻力，振子在振动过程中克服阻力做功将机械能转化为内能，故机械能减小，振幅减小，故B、D正确。4．(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．机械能答案AD解析有空气阻力时，振动为阻尼振动，机械能不断减小，振幅也不断减小；在平衡位置，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l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。g5．一根张紧的水平绳上共挂三个单摆，摆球质量都相同，摆n长如图所示，当a摆振动时，其他两摆也振动起来，有下列说法：①a、c两摆周期相同，b摆周期较大；②a、b、c三摆周期相同；③c摆的振幅比b摆大；④a、b、c三摆，振幅相同。其中正确的是()A．①③B．②④C．②③D．①④答案C解析当a摆振动时，其他两摆也振动起来，说明a摆提供驱动力，b、c两摆做受迫振动，故三个摆的振动周期都等于a摆的固有周期，故①错误，②正确；a摆提供驱动力，b、c两摆做受迫振动，c摆的固有周期等于a摆的驱动力周期，故发生共振，故c摆的振幅比b摆大，故③正确，④错误，故C正确。6．(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15s，在某电压下，电动偏心轮转速是36r/min。已知增大电压可使偏心轮转速提高；增加筛子的质量，可以增大筛子的固有周期。那么要使筛子的振幅增大，下列哪些做法是正确的()A．提高输入电压B．降低输入电压C．增加筛子质量D．减小筛子质量答案AC15解析筛子振动固有周期T固＝s＝1．5s，电动偏心轮的转动周期(对筛子来说是驱1060动力的周期)T驱＝s＝1．67s，要使筛子振幅增大，就是使这两个周期值靠近，可采用36两种做法：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，增加筛子的质量使筛子的固有周期增大。故A、C正确。7．如表所示为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，则固有频率可能为()A．f固＝40HzB．70HzC．50Hz＜f固＜60HzD．以上选项都不对答案C解析因为只有固有频率与驱动力频率相等时，振幅最大，故C正确。n8．一个摆长约1m的单摆，在下列的四个随时间变化的驱动力作用下振动，要使单摆振动的振幅尽可能增大，应选用的驱动力是()答案Cl解析单摆的周期为T＝2π≈2s，驱动力的周期应尽可能接近系统的固有周期，gC正确。二、非选择题9．如果把人当作一个整体来看，在水平方向的固有频率约为3～6Hz，竖直方向的固有频率约为4～8Hz，拖拉机驾驶员，风镐、风铲、铆钉机等操作工在工作时将做________振动，这些操作工的振动频率跟振动源的频率________。为保障操作工的安全与健康，有关部门作出规定：用手操作的各类振动机械的频率必须大于20Hz，这是为了防止发生________造成对人体健康的危害。答案受迫几乎相同共振解析拖拉机、风镐等在工作时，由于内燃机、电动机等动力设备运转的不平衡性，往往产生较剧烈的振动，与其靠近或密切接触的人一定会做受迫振动，如果设备的振动频率接近人体振动的固有频率，则人体的各部分将做较剧烈的振动，造成对人体的损伤。因此，对于用手操作的机械振动频率必须大于20Hz，以保障人体健康。10．如图所示，一个偏心轮的圆心为O，轴心为C，它们所组成的系统在竖直方向上发生自由振动的频率为f，当偏心轮以角速度ω绕O轴匀速转动时，则当ω＝________时振动最为剧烈，这个现象称为______。答案2πf共振解析偏心轮转动产生驱动力，偏心轮转动的频率与系统固有ω频率f相等时会发生共振，即：f＝，得ω＝2πf时产生共振。2πn11．汽车的质量一般支撑在固定于轴承上的若干弹簧上，弹簧的等效劲度系数k＝51g1．5×10N/m。汽车开动时，在振幅较小的情况下，其上下自由振动的频率满足f＝(l2πl为弹簧压缩的长度)。若人体可以看成一个弹性体，其固有频率约为2Hz，已知汽车的质量22为600kg，每个人的质量为70kg，则这辆车乘坐几人时，人感觉最难受？(取g＝πm/s)答案5人解析当人的固有频率与弹簧振动的频率相等时即达到共振，此时人感觉最难受，则：1g1f＝＝2Hz，得l＝m。2πl16汽车和所有的人受力平衡，则有：kl＝(M＋nm)g得n≈5(人)。12．一砝码和一轻弹簧构成弹簧振子，如图甲所示，该装置可用于研究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，振动图象如图乙所示。当把手以某一速度匀速运动，受迫振动达到稳定时，砝码的振动图象如图丙所示。若用T0表示弹簧振子的固有周期，T表示驱动力的周期，A表示受迫振动达到稳定后砝码振动的振幅，则：(1)稳定后，砝码振动的频率f＝________Hz。(2)欲使砝码的振动能量最大，需满足什么条件？(3)利用上述所涉及的知识，请分析某同学所提下列问题的物理依据。“我国火车第六次大提速时，需尽可能的增加铁轨单节长度，或者是铁轨无接头”。答案(1)0．25(2)T＝T0＝4s(3)见解析11解析(1)由题图丙可知，f＝＝Hz＝0．25Hz。T4(2)砝码的振动能量最大时，振幅最大，故应发生共振，所以应有T＝T0＝4s。(3)若单节车轨非常长，或无接头，则驱动力周期非常大，从而远离火车的固有周期，n使火车的振幅较小，以便来提高火车的车速。