2025版高中物理第十一章5外力作用下的振动练习含解析新人教版选修3-4

PAGE4-5外力作用下的振动1.自由摇摆的秋千,摇摆的振幅越来越小,下列说法正确的是(C)A.机械能守恒B.能量正在消逝C.总能量守恒,机械能减小D.只有动能和势能的相互转化解析:自由摇摆的秋千可以看做阻尼振动的模型,振动系统中的能量转化也不是系统内部动能和势能的相互转化,振动系统是一个开放系统,与外界时刻进行能量交换.系统由于受到阻力,消耗系统能量做功,而使振动的能量不断减小,但总能量守恒.2.(多选)下列关于共振和防止共振的说法,正确的是(CD)A.共振现象总是有害的,所以要避开共振现象发生B.队伍过桥要慢行是为了不产生周期性的驱动力,从而避开产生共振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,从而避开产生共振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解析:共振现象有利也有弊,A项错误;队伍过桥慢行是为了使驱动力的频率与大桥的固有频率相差许多,从而避开大桥产生共振现象,B项错误,C正确;当固有频率与驱动力的频率相同时,物体产生共振,D正确.3.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(B)A.A摆的振幅较大,振动频率为fB.B摆的振幅较大,振动频率为5fC.A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解析:A,B两摆均做受迫振动,其振动频率应等于驱动力的频率,即5f,因B摆的固有频率接近驱动力的频率,故B摆的振幅较大,B正确,A,C,D错误.4.脱水机把衣服脱水后切断电源,电动机还要转一会儿才能停下来,在这一过程中,发觉脱水机在某一时刻振动得很猛烈,然后又渐渐振动直至停止运转,其中振动很猛烈的缘由是(C)A.脱水机没有放平稳B.电动机在这一时刻转快了C.电动机在这一时刻的转动频率跟脱水机的固有频率相近或相等D.是脱水机出现了故障解析:由于电动机的转动,使脱水机做受迫振动.而电动机转动的频率是渐渐变更的,当它的频率接近或等于脱水机的固有频率时,发生共振现象,C正确.5.在试验室可以做“声波碎杯”的试验.用手指轻弹一只酒杯,可以听到嘹亮的声音,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(D)A.操作人员肯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.操作人员肯定是同时增大了声波发生器发出声波的频率和功率D.操作人员肯定是将声波发生器发出的声波频率调到500Hz解析:通过调整声波发生器发出的声波就能使酒杯碎掉,是利用共振的原理.因此操作人员肯定是将声波发生器发出的声波频率调到500Hz,故D选项正确.6.(多选)一单摆在空气中振动,振幅渐渐减小,下列说法正确的是(AD)A.振动的机械能渐渐转化为其他形式的能B.后一时刻的动能肯定小于前一时刻的动能C.后一时刻的势能肯定小于前一时刻的势能D.后一时刻的机械能肯定小于前一时刻的机械能解析:单摆振动过程中,会不断克服空气阻力做功使机械能渐渐转化为内能,A,D对;虽然单摆总的机械能在渐渐削减,但在振动过程中动能和势能仍不断地相互转化.动能转化为势能时,动能渐渐削减,势能渐渐增加,而势能转化为动能时,势能渐渐削减,动能渐渐增加,所以不能断言后一时刻的动能(或势能)肯定小于前一时刻的动能(或势能),故B,C错.7.一个摆长约1m的单摆,在下列的四个随时间变更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(C)解析:单摆的周期为T=2πLg≈8.如图所示是用来测量各种电动机转速的转速计的原理图.在同一铁支架MN上焊有固有频率依次为80Hz,60Hz,40Hz,20Hz的四个钢片a,b,c,d.将M端与正在转动的电动机接触,发觉b钢片振幅最大.(1)电动机的转速为多大?(2)四个钢片a,b,c,d的振动频率分别是多少?解析:(1)b钢片的振幅最大,此时可认为b钢片发生了共振,由共振发生的条件可知f驱=f固,因此电动机的转动频率为60Hz,即转速为60r/s.(2)四个钢片a,b,c,d都是做受迫振动,其振动频率与固有频率无关,都等于驱动力的频率,即都等于电动机的转动频率60Hz.答案:(1)60r/s(2)60Hz60Hz60Hz60Hz9.(多选)如图(甲)所示的装置可用于探讨该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,变更把手匀速转动的速度就可以变更驱动力的周期.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,砝码的振动图线如图(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(AC)A.由图可知T0=4sB.由图可知T0=8sC.当T在4s旁边时,A显著增大;当T比4s小得多或大得多时,A很小D.当T在8s旁边时,A显著增大;当T比8s小得多或大得多时,A很小解析:图(乙)是描述弹簧振子在不受驱动的状况下振动状况的图象,此时的振动周期是该弹簧振子的固有周期,从图中可干脆读出固有周期为4s,A正确,B错误;当驱动力的频率与固有频率相近时,发生共振,振幅显著增大,所以当曲杆的转动周期T与弹簧振子的固有周期4s接近的时候,振幅A显著增大,当T比4s小得多或大得多时A很小,C正确,D错误.10.(多选)将测力传感器接到计算机上可以测量快速变更的力,将单摆挂在测力传感器的探头上,测力探头与计算机连接,用此方法测得的单摆摇摆过程中摆线上拉力的大小随时间变更的曲线如图所示,取g=10m/s2.某同学由此图象供应的信息做出了下列推断,其中正确的是(BC)A.摆球的周期T=0.5sB.单摆的摆长L=1mC.t=0.5s时摆球正经过最低点D.摆球运动过程中周期越来越小解析:本题主要考查单摆的周期公式及阻尼振动.由图可知,单摆两次拉力极大值的时间差为1s,所以单摆的振动周期为2s,A错误;依据单摆的周期公式T=2πLg可得摆长L=1m11.列车在铁轨上行使时,由于在铁轨接头处车轮受到撞击而上下振动,假如防震弹簧每受到104N的力将被压缩20mm,而每根弹簧的实际负荷为5000kg,已知弹簧的振动周期T=2πmk,问车速为多大时,列车振动得最猛烈?(设铁轨长为12.5m,g取10m/s2解析:由题意可知弹簧在做受迫振动,要使振动最猛烈,必定是弹簧发生共振,此时必需满意f驱=f固(或T驱=T固)依据题意知,防震弹簧的劲度系数为k=Fx=1040.由于每根弹簧的实际负荷为m=5000kg,所以弹簧的固有周期为T固=2πmk=2π5000当振动最猛烈时有T驱=lv=T固故列车振动得最猛烈时速度为v=lT固=12.5答案:19.9m/s12.汽车的重量一般由固定于轴承上的若干弹簧支撑,弹簧的等效劲度系数k=1.5×105N/