- 2021-05-19 发布 |
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文档介绍
2019-2020学年高中物理第十一章机械振动5外力作用下的振动课后检测含解析新人教版选修3-4
5 外力作用下的振动 记一记 外力作用下的振动知识体系 4个概念——固有频率、阻尼振动、受迫振动、共振 1个频率关系——受迫振动的频率等于驱动力的频率 1个条件——共振的条件:驱动力的频率等于固有频率 辨一辨 1.受迫振动的频率等于振动系统的固有频率.(×) 2.驱动力频率越大,振幅越大.(×) 3.共振只有害处没有好处.(×) 4.做受迫振动的物体一定会发生共振.(×) 5.生活中应尽量使驱动力的频率接近振动系统的固有频率.(×) 6.阻尼振动的频率随振幅的减小而不断减小.(×) 想一想 1.阻尼振动的振幅在减小的过程中,频率是否随着减小? 提示:阻尼振动的振动频率保持不变. 2.若物体所做的振动是等幅振动,此物体一定是无阻尼振动吗? 提示:不一定.区分阻尼与无阻尼的条件是分析振子受不受阻力,而不是看振幅,若受阻力作用同时也有外力给系统做功补充能量时,也能保证振动物体做等幅振动. 3.洗衣机启动和停止时,随着电机转速的变化,有时洗衣机会振动得很厉害,这是什么原因? 提示:当洗衣机电机转动的频率等于洗衣机的固有频率时,发生了共振现象,这时洗衣机振动得很厉害. 4.要防止共振,需要采取什么措施? 提示:尽量使驱动力的频率与固有频率间的差距增大. 思考感悟: 练一练 1.(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 - 10 - C.周期 D.机械能 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. 答案:AD 2.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,测得这声音的频率为500 Hz.将这只酒杯放在两个大功率的声波发生器之间,操作人员通过调整其发生的声波,就能使酒杯碎掉(如图所示).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.操作人员只需将声波发生器发出的声波频率调到500 Hz 解析:驱动力的周期与固有周期相等,形成共振,共振时振幅最大,操作人员只需将声波发生器发出的声波频率调到500 Hz,就能使酒杯碎掉. 答案:D 3.(多选)如图所示,A球振动后,通过水平细绳迫使B、C振动,下列说法中正确的是( ) A.只有A球、C球振动周期相等 B.C球的振幅比B球小 C.C球的振幅比B球大 D.A球、B球、C球的振动周期相等 解析:A球振动充当驱动球,B、C两球的振动周期都应当等于A的振动周期,A项错误,D项正确;C的摆长与A的摆长相同,周期也相同,所以C做受迫振动的振幅大,B项错误,C项正确. 答案:CD 4.(多选)如图所示是一个单摆做受迫振动时的共振曲线,表示振幅A与驱动力频率f的关系,下列说法正确的是( ) A.摆长约为10 cm B.摆长约为1 m C.若增大摆长,共振曲线的“峰”将向右移动 - 10 - D.若增大摆长,共振曲线的“峰”将向左移动 解析:由图可知,单摆的周期T= s=2 s,由T=2π可求得l=≈1 m,A项错误,B项正确;若增大摆长,单摆的固有周期增大,固有频率减小,故共振曲线的“峰”将向左移动,C项错误,D项正确. 答案:BD 要点一 简谐运动、阻尼振动与受迫振动的对比 1.(多选)一单摆在空气中振动,振幅逐渐减小,下列说法正确的是( ) A.机械能逐渐转化为其他形式的能 B.后一时刻的动能一定小于前一时刻的动能 C.后一时刻的势能一定小于前一时刻的势能 D.后一时刻的机械能一定小于前一时刻的机械能 解析:单摆振动过程中,因不断克服空气阻力做功使机械能逐渐转化为内能,A、D两项正确;虽然单摆总的机械能在逐渐减小,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,动能逐渐减小,势能逐渐增大,而势能转化为动能时,势能逐渐减小,动能逐渐增大,所以不能断言后一时刻的动能(或势能)一定小于前一时刻的动能(或势能),B、C两项错误. 答案:AD 2.(多选)如图所示是一个弹簧振子做阻尼振动的振动图象,曲线上A、B两点的连线与横轴平行,下列说法正确的是( ) A.振子在A时刻的动能等于B时刻的动能 B.振子在A时刻的势能等于B时刻的势能 C.振子在A时刻的机械能等于B时刻的机械能 D.振子在A时刻的机械能大于B时刻的机械能 解析:由于弹簧振子做阻尼振动,所以A时刻的机械能大于B时刻的机械能,C项错误,D项正确;由于振子的势能与振子的位移有关,故B项正确;振子在A时刻的动能大于B时刻的动能,A项错误. 答案:BD 3.如图所示,在曲轴上悬挂一弹簧振子,转动摇把,曲轴可以带动弹簧振子上下振动.开始时不转动摇把,让振子自由上下振动,测得其频率为2 Hz;然后以60 r/min的转速匀速转动摇把,当振子振动稳定时,它的振动周期为( ) A.0.25 s B.0.5 s C.1 s D.2 s 解析:弹簧振子受摇把的作用而振动,做受迫振动,所以其振动的周期等于驱动力的周期,C项正确. - 10 - 答案:C 4.秒摆摆球质量为0.2 kg,它振动到的最大位移处距最低点的高度为0.4 cm,当它完成10次全振动回到最大位移处时,因有阻尼作用,距最低点的高度变为0.3 cm.如果每振动10次补充一次能量,使摆球回到原高度,那么1 min内总共应补给多少能量?(g取9.8 m/s2) 解析:每振动10次要补充的能量为ΔE=mgΔh=0.2×9.8×(0.4-0.3)×10-2 J=1.96×10-3 J.秒摆的周期为2 s,1 min内完成振动的次数为30次,则1 min内总共应补充的能量为E=3ΔE=5.88×10-3 J. 答案:5.88×10-3 J 要点二 对共振的理解 5.(多选)单摆M、N、O、P自由振动时,振动图象分别如图甲、乙、丙、丁所示.现将单摆M、N、O、P悬挂在如右图所示支架的细线上,并保持各自的摆长不变,使其中一个单摆振动,经过足够长的时间,其它三个都可能振动起来.不计空气阻力,下列判断正确的是( ) A.若使M振动起来,P不会振动 B.若使M振动起来,稳定时N振动的周期仍小于2 s C.若使P振动起来,稳定时M比N的振幅大 D.若使O振动起来,稳定时M的振动周期等于3 s 解析:若使M振动起来,其它小球也会振动,做受迫振动,故A项错误;受迫振动的周期等于驱动力的周期,故B项错误;若使P振动起来,由于M的固有周期与驱动力的周期相同,M发生共振,稳定时M比N的振幅大,故C项正确;O的周期为3 s,使O振动起来,M做受迫振动,则振动周期为3 s,故D项正确. 答案:CD 6.(多选)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( ) A.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 B.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 C.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 D.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 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,说明了此时波轮的转动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驱查看更多