2024-2025學(xué)年高中物理第十一章機(jī)械振動(dòng)5外力作用下的振動(dòng)課時(shí)作業(yè)含解析新人教版選修3-4

PAGEPAGE5外力作用下的振動(dòng)時(shí)間：45分鐘一、選擇題(1～5為單選，6～9為多選)1．下列振動(dòng)中屬于受迫振動(dòng)的是(B)A．用重錘敲擊一下懸吊著的鐘后，鐘的搖擺B．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接通電源后，振針的振動(dòng)C．小孩睡在自由搖擺的吊床上，小孩隨著吊床一起搖擺D．彈簧振子在豎直方向上沿上下方向振動(dòng)解析：受迫振動(dòng)是振動(dòng)物體在驅(qū)動(dòng)力的作用下的運(yùn)動(dòng)，故只有B對(duì)．C是阻尼振動(dòng)，D是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)．2．脫水機(jī)把衣服脫水完后切斷電源，電動(dòng)機(jī)還要轉(zhuǎn)一會(huì)兒才能停下來(lái)．在這一過(guò)程中，發(fā)覺(jué)脫水機(jī)在某一時(shí)刻振動(dòng)得很猛烈，然后又漸漸振動(dòng)直至停止運(yùn)轉(zhuǎn)，其中振動(dòng)很猛烈的緣由是(C)A．脫水機(jī)沒(méi)有放平穩(wěn)B．電動(dòng)機(jī)在這一時(shí)刻轉(zhuǎn)快了C．電動(dòng)機(jī)在這一時(shí)刻的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率跟脫水機(jī)的固有頻率相近或相等D．是脫水機(jī)出現(xiàn)了故障解析：由于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，使脫水機(jī)做受迫振動(dòng)．而電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率是漸漸改變的，當(dāng)它的頻率接近或等于脫水機(jī)的固有頻率時(shí)，發(fā)生共振現(xiàn)象，C正確．3．下表表示某受迫振動(dòng)的振幅隨驅(qū)動(dòng)力頻率改變的關(guān)系，若該振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率為f固，則(C)驅(qū)動(dòng)力頻率/Hz304050607080受迫振動(dòng)振幅/cm10.216.827.228.116.58.3A.f固＝60Hz B．60Hz<f固<70HzC．50Hz<f固<60Hz D．以上選項(xiàng)都不對(duì)解析：由如圖所示的共振曲線可推斷出f驅(qū)與f固相差越大，受迫振動(dòng)的振幅越小，f驅(qū)與f固越接近，受迫振動(dòng)的振幅越大，并從中看出f驅(qū)越接近f固，振幅的改變?cè)铰容^各組數(shù)據(jù)知f驅(qū)在50Hz～60Hz范圍內(nèi)時(shí)，振幅改變最小．因此，50Hz<f固<60Hz.4．如圖所示，物體靜止于水平面上的O點(diǎn)，這時(shí)彈簧恰為原長(zhǎng)l0，物體的質(zhì)量為m，與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，現(xiàn)將物體向右拉一段距離后自由釋放，使之沿水平面振動(dòng)，下列結(jié)論正確的是(B)A．物體通過(guò)O點(diǎn)時(shí)所受的合外力為零B．物體將做阻尼振動(dòng)C．物體最終只能停止在O點(diǎn)D．物體停止運(yùn)動(dòng)后所受的摩擦力為μmg解析：物體通過(guò)O點(diǎn)時(shí)彈簧的彈力為零，但摩擦力不肯定為零，選項(xiàng)A錯(cuò)．物體振動(dòng)時(shí)要克服摩擦力做功，機(jī)械能削減，振幅減小，做阻尼振動(dòng)，選項(xiàng)B正確．物體最終停止的位置可能在O點(diǎn)，也可能不在O點(diǎn)，若停在O點(diǎn)，摩擦力為零，若不在O點(diǎn)，摩擦力和彈簧的彈力平衡，停止運(yùn)動(dòng)時(shí)物體所受的摩擦力不肯定為μmg.選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤．5．在試驗(yàn)室可以做“聲波碎杯”的試驗(yàn)．用手指輕彈一只酒杯，可以聽(tīng)到嘹亮的聲音，測(cè)得這個(gè)聲音的頻率為500Hz.將這只酒杯放在兩只大功率的聲波發(fā)生器之間，操作人員通過(guò)調(diào)整其發(fā)出的聲波，就能使酒杯碎掉，下列說(shuō)法中正確的是(D)A．操作人員肯定是把聲波發(fā)生器的功率調(diào)到很大B．操作人員可能是使聲波發(fā)生器發(fā)出了頻率很高的超聲波C．操作人員肯定是同時(shí)增大了聲波發(fā)生器發(fā)出聲波的頻率和功率D．操作人員肯定是將聲波發(fā)生器發(fā)出的聲波頻率調(diào)到500Hz解析：通過(guò)調(diào)整聲波發(fā)生器發(fā)出的聲波就能使酒杯碎掉，是利用共振的原理．因此操作人員肯定是將聲波發(fā)生器發(fā)出的聲波頻率調(diào)到500Hz，故D選項(xiàng)正確．6．一單擺在空氣中振動(dòng)，振幅漸漸減小，下列說(shuō)法正確的是(AD)A．振動(dòng)的機(jī)械能漸漸轉(zhuǎn)化為其他形式的能B．后一時(shí)刻的動(dòng)能肯定小于前一時(shí)刻的動(dòng)能C．后一時(shí)刻的勢(shì)能肯定小于前一時(shí)刻的勢(shì)能D．后一時(shí)刻的機(jī)械能肯定小于前一時(shí)刻的機(jī)械能解析：?jiǎn)螖[振動(dòng)過(guò)程中，會(huì)不斷克服空氣阻力做功使機(jī)械能漸漸轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，A、D對(duì)；雖然單擺總的機(jī)械能在漸漸削減，但在振動(dòng)過(guò)程中動(dòng)能和勢(shì)能仍不斷地相互轉(zhuǎn)化．動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能時(shí)，動(dòng)能漸漸削減，勢(shì)能漸漸增加，而勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能時(shí)，勢(shì)能漸漸削減，動(dòng)能漸漸增加，所以不能斷言后一時(shí)刻的動(dòng)能(或勢(shì)能)肯定小于前一時(shí)刻的動(dòng)能(或勢(shì)能)，故B、C錯(cuò)．7．鋪設(shè)鐵軌時(shí)，每?jī)筛撥壗涌p處都必需留有肯定的間隙，勻速運(yùn)行的列車(chē)經(jīng)過(guò)軌端接縫處時(shí)，車(chē)輪就會(huì)受到一次沖擊．由于每一根鋼軌長(zhǎng)度相等，所以這個(gè)沖擊力是周期性的，列車(chē)受到周期性的沖擊做受迫振動(dòng)．一般鋼軌長(zhǎng)L為12.6m，列車(chē)固有振動(dòng)周期T為0.315s．下列說(shuō)法正確的是(ABD)A．列車(chē)的危急速率為40m/sB．列車(chē)過(guò)橋須要減速，是為了防止列車(chē)與橋發(fā)生共振現(xiàn)象C．列車(chē)運(yùn)行的振動(dòng)頻率和列車(chē)的固有頻率總是相等的D．增加鋼軌的長(zhǎng)度有利于列車(chē)高速運(yùn)行解析：對(duì)于受迫振動(dòng)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率與固有頻率相等時(shí)將發(fā)生共振現(xiàn)象，所以列車(chē)的危急速率為v＝eq\f(L,T)＝40m/s，A正確．為了防止共振現(xiàn)象發(fā)生，列車(chē)過(guò)橋時(shí)須要減速，B正確．由v＝eq\f(L,T)可知，L增大，T不變，v變大，所以D正確．8．將一個(gè)電動(dòng)傳感器接到計(jì)算機(jī)上，就可以測(cè)量快速改變的力，用這種方法測(cè)得的某單擺搖擺時(shí)懸線上拉力的大小隨時(shí)間改變的曲線如圖所示．某同學(xué)由此圖象供應(yīng)的信息作出的下列推斷中，正確的是(AC)A．t＝0.2s時(shí)擺球正經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)B．t＝1.1s時(shí)擺球正經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)C．?dāng)[球搖擺過(guò)程中機(jī)械能減小D．?dāng)[球搖擺的周期是T＝1.4s解析：懸線拉力在擺球經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)時(shí)最大，t＝0.2s時(shí)，F(xiàn)有正向最大值，故A選項(xiàng)正確；t＝1.1s時(shí)，F(xiàn)取最小值，不在最低點(diǎn)，周期應(yīng)為T(mén)＝1.2s，因振幅減小，故機(jī)械能減小，C選項(xiàng)正確．9．如圖所示為一個(gè)自制的振動(dòng)系統(tǒng)．在泡沫底座上插上兩根彈性很好的細(xì)竹片，用塑料夾夾在竹片上端做成A、B兩個(gè)“單擺”．A、B除塑料夾的高度不同外，其他條件完全相同．當(dāng)?shù)鬃啬骋环较蜃鲋芷谛哉駝?dòng)時(shí)，A、B也跟著振動(dòng)起來(lái)．下列說(shuō)法正確的是(AC)A．A的固有頻率比B的大B．當(dāng)?shù)鬃鲋芷谛哉駝?dòng)時(shí)，A的振動(dòng)頻率比B的大C．當(dāng)?shù)鬃恼駝?dòng)頻率由零起先從小到大改變(保持振幅不變)時(shí)，起先時(shí)B的振幅比A的大，之后A的振幅比B的大D．當(dāng)?shù)鬃恼駝?dòng)頻率由零起先從小到大改變(保持振幅不變)時(shí)，起先時(shí)A的振幅比B的大，之后B的振幅比A的大解析：塑料夾夾在竹片上端做成兩個(gè)“單擺”，可運(yùn)用單擺的周期公式來(lái)推斷A、B的固有周期和固有頻率的關(guān)系．由于固定點(diǎn)在下方，依據(jù)T＝2πeq\r(\f(l,g))，有l(wèi)B>lA，所以TB>TA，fB<fA，選項(xiàng)A正確；當(dāng)?shù)鬃鲋芷谛哉駝?dòng)時(shí)，A、B均做受迫振動(dòng)，它們的振動(dòng)頻率相等，均等于底座振動(dòng)的頻率，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；當(dāng)?shù)鬃恼駝?dòng)頻率由零起先從小到大改變時(shí)，先要接近B的固有頻率，而后才能接近A的固有頻率，故起先時(shí)B的振幅大，之后A的振幅趕上并超過(guò)B的振幅，選項(xiàng)C正確，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．二、非選擇題10．洗衣機(jī)脫水桶正常工作時(shí)，轉(zhuǎn)速為n＝2800r/min，脫水后由切斷電源到電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)間為t＝16s．實(shí)際發(fā)覺(jué)t1＝13s左右時(shí)，洗衣機(jī)振動(dòng)最為猛烈，若切斷電源后轉(zhuǎn)速是勻稱(chēng)減小的，則洗衣機(jī)振動(dòng)的固有頻率大約為多少？答案：8.75Hz解析：洗衣機(jī)脫水電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)給洗衣機(jī)供應(yīng)了驅(qū)動(dòng)力，使洗衣機(jī)做變速振動(dòng)，當(dāng)切斷電源后，脫水桶轉(zhuǎn)速隨時(shí)間勻稱(chēng)減小，設(shè)t1＝13s時(shí)的轉(zhuǎn)速為n′，由題意可知n′＝eq\f(n,t)(t－t1)＝eq\f(2800,60×16)×(16－13)r/s＝8.75r/s此時(shí)洗衣機(jī)做受迫振動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力的頻率為f驅(qū)＝8.75Hz，而洗衣機(jī)在t1＝13s左右時(shí)振動(dòng)最為猛烈，則說(shuō)明此時(shí)洗衣機(jī)發(fā)生了共振，故此時(shí)驅(qū)動(dòng)力的頻率與其固有頻率相等，即f固＝f驅(qū)＝8.75Hz.11．(1)蜘蛛雖有8只眼睛，但視力很差，完全靠感覺(jué)來(lái)捕食和生活，它的腿能靈敏地感覺(jué)到絲網(wǎng)的振動(dòng)，當(dāng)絲網(wǎng)的振動(dòng)頻率為f＝200Hz左右時(shí)，網(wǎng)的振幅最大，對(duì)于落在網(wǎng)上的昆蟲(chóng)，當(dāng)翅膀振動(dòng)的頻率為200Hz左右時(shí)，蜘蛛感覺(jué)到絲網(wǎng)的振動(dòng)最猛烈．(2)如該絲網(wǎng)共振時(shí)的最大振幅為0.5cm，試定性畫(huà)出其共振曲線．答案：見(jiàn)解析解析：(1)當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率等于物體的固有頻率時(shí)物體發(fā)生共振，則物體的振幅最大，故昆蟲(chóng)翅膀的振動(dòng)頻率應(yīng)為200Hz左右．(2)共振曲線如圖所示．12．火車(chē)在鐵軌上行駛時(shí)，由于在鐵軌接頭處車(chē)輪受到撞擊而上下振動(dòng)，假如防震彈簧每受到104N的力將被壓縮20mm，而每根彈簧的實(shí)際負(fù)荷為5000kg，已知彈簧的振動(dòng)周期T＝2πeq\r(\f(m,k))，問(wèn)車(chē)速為多大時(shí)，列車(chē)振動(dòng)得最猛烈？(設(shè)鐵軌長(zhǎng)為12.5m，g取10m/s2)答案：19.9m/s解析：由題意可知彈簧在做受迫振動(dòng)，要使振動(dòng)最猛烈，必定是彈簧發(fā)生共振，此時(shí)必需滿意：f驅(qū)＝f固(或T驅(qū)＝T固)．依據(jù)題意知，防震彈簧的勁度系數(shù)為k＝eq\f(F,x)＝eq\f(104,0.02)N/m＝