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)限時(shí)45分鐘總分100分一、單選題(每小題6分，共24分)1．自由搖擺的秋千，搖擺的振幅越來(lái)越小，下列說(shuō)法正確的是(C)A．機(jī)械能守恒B．能量正在消逝C．總能量守恒，機(jī)械能減小D．只有動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化解析：自由搖擺的秋千可以看作阻尼振動(dòng)的模型，振動(dòng)系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)化不僅是系統(tǒng)內(nèi)部動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化．振動(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)開放系統(tǒng)，與外界時(shí)刻進(jìn)行能量交換．系統(tǒng)由于受到阻力，因而振動(dòng)的能量不斷減小，但總能量守恒．故正確答案為C.2.如圖所示是一個(gè)單擺做受迫振動(dòng)時(shí)的共振曲線，表示振幅A與驅(qū)動(dòng)力的頻率f的關(guān)系，下列說(shuō)法正確的是(D)A．?dāng)[長(zhǎng)約為10cmB．發(fā)生共振時(shí)單擺的周期為1sC．若增大擺長(zhǎng)，共振曲線的“峰”將向右移動(dòng)D．若增大擺長(zhǎng)，共振曲線的“峰”將向左移動(dòng)解析：由題圖可知，若單擺的振動(dòng)頻率與固有頻率相等，則周期為2s，由T＝2πeq\r(\f(l,g))，可得l≈1m，故選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；若擺長(zhǎng)增大，則固有頻率減小，所以共振曲線的峰將向左移動(dòng)，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確．3.兩個(gè)質(zhì)量分別為M和m的小球懸掛在同一根細(xì)線上，如圖所示，當(dāng)先讓M搖擺，過(guò)一段時(shí)間系統(tǒng)穩(wěn)定后，下面哪句話是錯(cuò)誤的(A)A．m和M的周期不相等B．當(dāng)兩個(gè)擺長(zhǎng)相等時(shí)，m擺的振幅最大C．懸掛M的細(xì)繩長(zhǎng)度變更時(shí)，m搖擺的振幅也會(huì)發(fā)生變更D．當(dāng)兩個(gè)擺長(zhǎng)相等時(shí)，m搖擺振幅可以超過(guò)M解析：m做受迫振動(dòng)，其周期等于M搖擺的周期，當(dāng)兩擺周期相等時(shí)達(dá)到共振，故B、C、D正確，A錯(cuò)誤．4．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)力作用下的運(yùn)動(dòng)，故只有B對(duì)．A、C是阻尼振動(dòng)，D是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)．二、多選題(每小題7分，共42分)5．把一個(gè)篩子用四根彈簧支起來(lái)，篩子上一個(gè)電動(dòng)偏心輪，它每轉(zhuǎn)一周，給篩子一個(gè)驅(qū)動(dòng)力，這樣就做成了一個(gè)共振篩(如圖所示)，篩子做自由振動(dòng)時(shí)，完成10次全振動(dòng)用時(shí)15s，在某電壓下，電動(dòng)偏心輪轉(zhuǎn)速是36r/min.已知增大電壓可使偏心輪轉(zhuǎn)速提高；增加篩子的質(zhì)量，可以增大篩子的固有周期，那么要使篩子的振幅增大，下列哪些做法是正確的(AC)A．提高輸入電壓 B．降低輸入電壓C．增加篩子質(zhì)量 D．減小篩子質(zhì)量解析：在題設(shè)條件下，篩子振動(dòng)固有周期T固＝eq\f(15,10)s＝1.5s，電動(dòng)偏心輪的轉(zhuǎn)動(dòng)周期(對(duì)篩子來(lái)說(shuō)是驅(qū)動(dòng)力的周期)T驅(qū)＝eq\f(60,36)s＝1.67s，要使篩子振幅增大，就是使這兩個(gè)周期值靠近，可采納兩種做法：第一，提高輸入電壓偏心輪轉(zhuǎn)得快一些，減小驅(qū)動(dòng)力的周期；其次，增加篩子的質(zhì)量使篩子的固有周期增大．6．某簡(jiǎn)諧振子，自由振動(dòng)時(shí)的振動(dòng)圖象如圖甲中的曲線Ⅰ所示，而在某驅(qū)動(dòng)力作用下做受迫振動(dòng)時(shí)，穩(wěn)定后的振動(dòng)圖象如圖甲中的曲線Ⅱ所示，那么，此受迫振動(dòng)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)可能是圖乙中的(AD)A．a(chǎn)點(diǎn) B．b點(diǎn)C．c點(diǎn) D．肯定不是c點(diǎn)解析：振子的固有周期與驅(qū)動(dòng)力周期的關(guān)系是T驅(qū)＝eq\f(3,2)T固，所以受迫振動(dòng)的狀態(tài)肯定不是題圖乙中的b點(diǎn)和c點(diǎn)，可能是a點(diǎn)，故選A、D.7．日本曾經(jīng)發(fā)生過(guò)里氏9.0級(jí)大地震，導(dǎo)致許多房屋坍塌，場(chǎng)景慘不忍睹，就此事務(wù)，下列說(shuō)法正確的是(AD)A．全部建筑物振動(dòng)周期相同B．全部建筑物振幅相同C．建筑物的振動(dòng)周期由其固有周期確定D．全部建筑物均做受迫振動(dòng)解析：地面上的全部建筑物都在同一驅(qū)動(dòng)力下做受迫振動(dòng)，它們的振動(dòng)周期都與驅(qū)動(dòng)力的周期相同，與其固有周期無(wú)關(guān)，故A、D正確，C錯(cuò)誤．由于不同的建筑物固有周期不盡相同，所以做受迫振動(dòng)時(shí)，它們的振幅不肯定相同，B錯(cuò)誤．8．下列說(shuō)法正確的是(ACD)A．實(shí)際的自由振動(dòng)必定是阻尼振動(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)定后的頻率與自身物理?xiàng)l件無(wú)關(guān)解析：實(shí)際的自由振動(dòng)中，由于阻力不行避開，故是阻尼振動(dòng)，A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)誤；阻尼振動(dòng)振幅越來(lái)越小，C正確；受迫振動(dòng)穩(wěn)定后的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，D正確．9.如圖所示是單擺做阻尼振動(dòng)的振動(dòng)圖象，下列說(shuō)法中正確的是(BD)A．?dāng)[球在A時(shí)刻的動(dòng)能等于在B時(shí)刻的動(dòng)能B．?dāng)[球在A時(shí)刻的勢(shì)能等于在B時(shí)刻的勢(shì)能C．?dāng)[球在A時(shí)刻的機(jī)械能等于在B時(shí)刻的機(jī)械能D．?dāng)[球在A時(shí)刻的動(dòng)能大于在B時(shí)刻的動(dòng)能解析：?jiǎn)螖[做阻尼振動(dòng)，因此其機(jī)械能不斷減小，C錯(cuò)誤；由題圖看出A、B兩時(shí)刻單擺的位移相同，即在同一位置，故勢(shì)能相同，選項(xiàng)B正確；因機(jī)械能越來(lái)越小，所以B時(shí)刻動(dòng)能比A時(shí)刻動(dòng)能小，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，D正確．10.將測(cè)力傳感器接到計(jì)算機(jī)上可以測(cè)量快速變更的力，將單擺掛在測(cè)力傳感器的探頭上，測(cè)力探頭與計(jì)算機(jī)連接，用此方法測(cè)得的單擺搖擺過(guò)程中擺線上拉力的大小隨時(shí)間變更的曲線如圖所示，g取10m/s2.某同學(xué)由此圖象供應(yīng)的信息做出了下列推斷，其中正確的是(BC)A．?dāng)[球的周期T＝0.5sB．單擺的擺長(zhǎng)l＝1mC．t＝0.5s時(shí)擺球正經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)D．?dāng)[球運(yùn)動(dòng)過(guò)程中周期越來(lái)越小解析：由題圖可知，單擺兩次拉力極大值的時(shí)間差為1s，所以單擺的振動(dòng)周期為2s，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；依據(jù)單擺的周期公式T＝2πeq\r(\f(l,g))可得擺長(zhǎng)l＝1m，選項(xiàng)B正確；t＝0.5s時(shí)擺線的拉力最大，所以擺球正經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)，選項(xiàng)C正確；擺線拉力的極大值發(fā)生變更，說(shuō)明擺球在最低點(diǎn)時(shí)的速度發(fā)生了變更，所以擺球做阻尼振動(dòng)，振幅越來(lái)越小，由于周期與振幅無(wú)關(guān)，所以單擺的周期不變，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．三、非選擇題(共34分)11．(18分)汽車的質(zhì)量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.汽車開動(dòng)時(shí)，在振幅較小的狀況下，其上下自由振動(dòng)的頻率滿意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)，人感覺到最難過(guò)？(已知π2＝10，g取10m/s2)答案：5人解析：當(dāng)人的固有頻率與彈簧振動(dòng)的頻率相等時(shí)即達(dá)到共振，此時(shí)人感覺最難過(guò)，則f＝eq\f(1,2π)eq\r(\f(g,l))＝2Hz，解得l＝eq\f(1,16)m．對(duì)汽車和全部的人受力分析有：kl＝(M＋nm)g，得n＝4.8≈5(人)．12．(16分)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)，小球浸沒在水中；當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)一會(huì)靜止后，小球做阻尼(選填“阻尼”“自由”或“受迫”)振動(dòng)；若彈簧和小球構(gòu)成的系統(tǒng)振動(dòng)頻率約為3Hz，現(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，小球的振動(dòng)頻率為0.25Hz；漸漸變更圓盤的轉(zhuǎn)動(dòng)周期，當(dāng)小球振動(dòng)的振幅達(dá)到最大時(shí)，此時(shí)圓盤的周