高二物理選修3-4同步練習(xí)：11-5外力作用下的振動(dòng)

PAGEPAGE9受迫振動(dòng)章節(jié)練習(xí)1．(2012·海岳中學(xué)高二檢測(cè))隨著電信業(yè)的發(fā)展，手機(jī)是常用的通信工具，當(dāng)來(lái)電話時(shí)，它可以用振動(dòng)來(lái)提示人們。振動(dòng)原理很簡(jiǎn)單：是一個(gè)微型電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸上的葉片轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)后，手機(jī)就跟著振動(dòng)起來(lái)。其中葉片的形狀你認(rèn)為是圖中的()答案：A解析：手機(jī)做受迫振動(dòng)。2．下列說(shuō)法正確的是()A．實(shí)際的自由振動(dòng)必然是阻尼振動(dòng)B．在外力作用下的振動(dòng)是受迫振動(dòng)C．阻尼振動(dòng)的振幅越來(lái)越小D．受迫振動(dòng)穩(wěn)定后頻率與自身物理?xiàng)l件無(wú)關(guān)答案：ACD解析：實(shí)際的自由振動(dòng)，必須不斷克服外界阻力做功而消耗能量，振幅會(huì)逐漸減小，必然是阻尼振動(dòng)，故A、C正確；只有在周期性外力(驅(qū)動(dòng)力)的作用下物體所做的振動(dòng)才是受迫振動(dòng)，B錯(cuò)；受迫振動(dòng)穩(wěn)定后的頻率由驅(qū)動(dòng)力的頻率決定，與自身物理?xiàng)l件無(wú)關(guān)，D對(duì)。3．如圖所示，把兩個(gè)彈簧振子懸掛在同一支架上，已知甲彈簧振子的固有頻率為8Hz，乙彈簧振子的固有頻率為72Hz，當(dāng)支架在受到豎直方向且頻率為9Hz的驅(qū)動(dòng)力作用下做受迫振動(dòng)時(shí)，兩個(gè)彈簧振子的振動(dòng)情況是()A．甲的振幅較大，且振動(dòng)頻率為8HzB．甲的振幅較大，且振動(dòng)頻率為9HzC．乙的振幅較大，且振動(dòng)頻率為9HzD．乙的振幅較大，且振動(dòng)頻率為72Hz答案：B解析：物體做受迫振動(dòng)時(shí)的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率；物體的固有頻率越接近驅(qū)動(dòng)力的頻率，物體振動(dòng)的振幅就越大，所以B正確。4．(2011·銀川模擬)在飛機(jī)的發(fā)展史中有一個(gè)階段，飛機(jī)上天后不久，飛機(jī)的機(jī)翼很快就抖動(dòng)起來(lái)，而且越抖越厲害，后來(lái)人們經(jīng)過(guò)了艱苦地探索，利用在飛機(jī)機(jī)翼前緣處裝置一個(gè)配重桿的方法解決了這一問(wèn)題，在飛機(jī)機(jī)翼前裝置配重桿的主要目的是()A．加大飛機(jī)的慣性B．使機(jī)體更加平衡C．使機(jī)翼更加牢固D．改變機(jī)翼的固有頻率答案：D5．如圖所示，一個(gè)偏心輪的圓心為O，重心為C，它們所組成的系統(tǒng)在豎直方向上發(fā)生自由振動(dòng)的頻率為f，當(dāng)偏心輪以角速度ω繞O軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，則當(dāng)ω＝__________時(shí)振動(dòng)最為劇烈，這個(gè)現(xiàn)象稱為____________。答案：2πf共振解析：偏心輪轉(zhuǎn)動(dòng)中產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力，偏心輪轉(zhuǎn)動(dòng)中的頻率與系統(tǒng)固有頻率f相等時(shí)會(huì)發(fā)生共振，即：f＝eq\f(ω,2π)，得ω＝2πf時(shí)產(chǎn)生共振。6．如圖所示為一單擺的共振曲線，則該單擺的擺長(zhǎng)為多少？共振時(shí)單擺的振幅是多少？(g＝10m/s2)答案：1.0m,10cm解析：由圖象可知：固有頻率f＝0.5Hz，所以周期T＝2s。由單擺的周期公式可得：L＝T2g/4π2≈1.0m由圖象知：?jiǎn)螖[共振的振幅為10cm。7．秒擺擺球質(zhì)量為0.2kg，它振動(dòng)到最大位移時(shí)距最低點(diǎn)的高度為0.4cm，當(dāng)它完成10次全振動(dòng)回到最大位移處時(shí)，因有阻尼作用，距最低點(diǎn)的高度變?yōu)?.3cm。如果每振動(dòng)10次補(bǔ)充一次能量，使擺球回到原高度，那么1min內(nèi)總共應(yīng)補(bǔ)給多少能量？答案：5.88×10－3J解析：每振動(dòng)10次要補(bǔ)充的能量為ΔE＝mgΔh＝0.2×9.8×(0.4－0.3)×10－2J＝1.96×10－3J。秒擺的周期為2s,1min內(nèi)完成全振動(dòng)的次數(shù)為30次，則1min內(nèi)總共應(yīng)補(bǔ)充的能量為E＝3ΔE＝5.88×10－3J。能力提升1．(2012·東營(yíng)模擬)洗衣機(jī)在把衣服脫水完畢拔掉電源后，電動(dòng)機(jī)還要轉(zhuǎn)動(dòng)一會(huì)才能停下來(lái)，在拔掉電源后，發(fā)現(xiàn)洗衣機(jī)先振動(dòng)得比較小，然后有一陣子振動(dòng)得很劇烈，然后振動(dòng)慢慢減小直至停下來(lái)，其間振動(dòng)劇烈的原因是()A．洗衣機(jī)沒(méi)放平衡B．電動(dòng)機(jī)有一陣子轉(zhuǎn)快了C．電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率和洗衣機(jī)的固有頻率相近或相等D．這只是一種偶然現(xiàn)象答案：C解析：洗衣機(jī)脫水時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速很快，頻率很大，可以說(shuō)遠(yuǎn)大于洗衣機(jī)的固有頻率，不能發(fā)生共振現(xiàn)象。當(dāng)脫水終止時(shí)，隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的減小，頻率也在減小，肯定有一段時(shí)間，頻率接近或等于洗衣機(jī)的固有頻率，從而發(fā)生共振現(xiàn)象，反應(yīng)在宏觀上就是洗衣機(jī)振動(dòng)劇烈。2．有一根張緊的水平繩上掛有5個(gè)雙線擺，其中b擺擺球質(zhì)量最大，另4個(gè)擺球質(zhì)量相等，擺長(zhǎng)關(guān)系為L(zhǎng)c>Lb＝Ld>La>Le，如圖所示，現(xiàn)將b擺垂直紙面向里拉開一微小角度，放手后讓其振動(dòng)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，其余各擺均振動(dòng)起來(lái)，達(dá)到穩(wěn)定時(shí)()A．周期關(guān)系為Tc>Td>Ta>TeB．頻率關(guān)系為fc＝fd＝fa＝feC．振幅關(guān)系為Ac＝Ad＝Aa＝AcD．四個(gè)擺中，d的振幅最大，且Ae<Aa答案：BD解析：b擺的振動(dòng)，作為一種驅(qū)動(dòng)力迫使其它四個(gè)擺做受迫振動(dòng)，受迫振動(dòng)的周期(或頻率)等于驅(qū)動(dòng)力的周期(或頻率)，而和自身的固有周期(固有頻率)無(wú)關(guān)，B正確。四個(gè)擺做受迫振動(dòng)的振幅與驅(qū)動(dòng)力的頻率跟自身的固有頻率之差有關(guān)，這個(gè)差越小，物體做受迫振動(dòng)的振幅越大。在a、c、d、e四個(gè)擺中，d的擺長(zhǎng)跟b的擺長(zhǎng)相等。因此d的固有頻率和驅(qū)動(dòng)力的頻率相等，d擺做受迫振動(dòng)的振幅最大。同理e擺做受迫振動(dòng)的振幅最小，D正確。3.一砝碼和一輕彈簧構(gòu)成彈簧振子，圖甲所示的裝置可用于研究該彈簧振子的受迫振動(dòng)。勻速轉(zhuǎn)動(dòng)把手時(shí)，曲桿給彈簧振子以驅(qū)動(dòng)力，使振子做受迫振動(dòng)。把手勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的周期就是驅(qū)動(dòng)力的周期，改變把手勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的速度就可以改變驅(qū)動(dòng)力的周期。若保持把手不動(dòng)，給砝碼一向下的初速度，砝碼便做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，振動(dòng)圖線如圖乙所示。當(dāng)把手以某一速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，受迫振動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，砝碼的振動(dòng)圖象如圖丙所示。若用T0表示彈簧振子的固有周期，T表示驅(qū)動(dòng)力的周期，Y表示受迫振動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定后砝碼振動(dòng)的振幅，則()A．由圖線可知T0＝4sB．由圖線可知T0＝8sC．當(dāng)T在4s附近時(shí)，Y顯著增大，當(dāng)T比4s小得多或大得多時(shí)，Y很小D．當(dāng)T在8s附近時(shí)，Y顯著增大，當(dāng)T比8s小得多或大得多時(shí)，Y很小答案：AC解析：由題中圖乙可知彈簧振子的固有周期T0＝4s，故A選項(xiàng)正確，B選項(xiàng)錯(cuò)誤。根據(jù)受迫振動(dòng)的特點(diǎn)：當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的周期與系統(tǒng)的固有周期相同時(shí)發(fā)生共振，振幅最大；當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的周期與系統(tǒng)的固有周期相差越多時(shí)，受迫振動(dòng)物體振動(dòng)穩(wěn)定后的振幅越小。故C選項(xiàng)正確。D選項(xiàng)錯(cuò)誤。4．某橋梁的固有頻率為7.5Hz，有大量軍隊(duì)齊步過(guò)橋，軍人每跨一步距離為0.8m。當(dāng)行走速度為________m/s時(shí)，會(huì)對(duì)橋的安全造成威脅。答案：6解析：設(shè)行走速度為v時(shí)會(huì)對(duì)橋造成威脅，此時(shí)步行頻率等于橋梁的固有頻率，則v＝Lf＝0.8×7.5m/s＝6m/s。當(dāng)驅(qū)動(dòng)力頻率等于固有頻率時(shí)會(huì)發(fā)生共振。5.小球做受迫振動(dòng)如圖所示，一個(gè)豎直圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，固定在圓盤上的小圓柱帶動(dòng)一個(gè)T形支架在豎直方向振動(dòng)，T形支架的下面系著一個(gè)彈簧和小球組成的振動(dòng)系統(tǒng)，小球浸沒(méi)在水中。當(dāng)圓盤靜止時(shí)，讓小球在水中振動(dòng)，其阻尼振動(dòng)的頻率約為3Hz?，F(xiàn)使圓盤以4s的周期勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，小球振動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定，它振動(dòng)的頻率是多少？答案：0.25Hz解析：當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)小圓柱帶動(dòng)T形支架上下振動(dòng)，T形支架又通過(guò)彈簧給小球一周期性的作用力使其做受迫振動(dòng)，所以小球振動(dòng)的頻率應(yīng)等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，即T形支架的振動(dòng)頻率，而T形支架的頻率又等于圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率，故小球振動(dòng)的頻率f＝eq\f(1,T)＝eq\f(1,4)Hz＝0.25Hz。6．(2012·棗莊模擬)汽車的重力一般支撐在固定于軸承上的若干彈簧上，彈簧的等效勁度系數(shù)k＝1.5×105N/m。汽車開始運(yùn)動(dòng)時(shí)，在振幅較小的情況下，其上下自由振動(dòng)的頻率滿足f＝eq\f(1,2π)eq\r(\f(g,l))(l為彈簧的壓縮長(zhǎng)度)。若人體可以看成一個(gè)彈性體，其固有頻率約為2Hz，已知汽車的質(zhì)量為600kg，每個(gè)人的質(zhì)量為70kg，則這輛車乘坐幾個(gè)人時(shí)，人感到最難受？答案：5人解析：人體的固有頻率f固＝2Hz，當(dāng)汽車的振動(dòng)頻率與其相等時(shí)，人體與之發(fā)生