高二物理外力作用下的振动同步检测

基础夯实1．(2012·海岳中学高二检测)随着电信业的发展，手机是常用的通信工具，当来电话时，它可以用振动来提示人们。振动原理很简单：是一个微型电动机带动转轴上的叶片转动。当叶片转动后，手机就跟着振动起来。其中叶片的形状你认为是图中的()答案：A解析：手机做受迫振动。2．下列说法正确的是()A．实际的自由振动必然是阻尼振动B．在外力作用下的振动是受迫振动C．阻尼振动的振幅越来越小D．受迫振动稳定后频率与自身物理条件无关答案：ACD解析：实际的自由振动，必须不断克服外界阻力做功而消耗能量，振幅会逐渐减小，必然是阻尼振动，故A、C正确；只有在周期性外力(驱动力)的作用下物体所做的振动才是受迫振动，B错；受迫振动稳定后的频率由驱动力的频率决定，与自身物理条件无关，D对。3．如图所示，把两个弹簧振子悬挂在同一支架上，已知甲弹簧振子的固有频率为8Hz，乙弹簧振子的固有频率为72Hz，当支架在受到竖直方向且频率为9Hz的驱动力作用下做受迫振动时，两个弹簧振子的振动情况是()A．甲的振幅较大，且振动频率为8HzB．甲的振幅较大，且振动频率为9HzC．乙的振幅较大，且振动频率为9HzD．乙的振幅较大，且振动频率为72Hz答案：B解析：物体做受迫振动时的频率等于驱动力的频率；物体的固有频率越接近驱动力的频率，物体振动的振幅就越大，所以B正确。4．(2011·银川模拟)在飞机的发展史中有一个阶段，飞机上天后不久，飞机的机翼很快就抖动起来，而且越抖越厉害，后来人们经过了艰苦地探索，利用在飞机机翼前缘处装置一个配重杆的方法解决了这一问题，在飞机机翼前装置配重杆的主要目的是()A．加大飞机的惯性B．使机体更加平衡C．使机翼更加牢固D．改变机翼的固有频率答案：D5．如图所示，一个偏心轮的圆心为O，重心为C，它们所组成的系统在竖直方向上发生自由振动的频率为f，当偏心轮以角速度ω绕O轴匀速转动时，则当ω＝__________时振动最为剧烈，这个现象称为____________。答案：2πf共振解析：偏心轮转动中产生驱动力，偏心轮转动中的频率与系统固有频率f相等时会发生共振，即：f＝ω2π，得ω＝2πf时产生共振。6．如图所示为一单摆的共振曲线，则该单摆的摆长为多少？共振时单摆的振幅是多少？(g＝10m/s2)答案：1.0m,10cm解析：由图象可知：固有频率f＝0.5Hz，所以周期T＝2s。由单摆的周期公式可得：L＝T2g/4π2≈1.0m。由图象知：单摆共振的振幅为10cm。7．秒摆摆球质量为0.2kg，它振动到最大位移时距最低点的高度为0.4cm，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0.3cm。如果每振动10次补充一次能量，使摆球回到原高度，那么1min内总共应补给多少能量？答案：5.88×10－3J解析：每振动10次要补充的能量为ΔE＝mgΔh＝0.2×9.8×(0.4－0.3)×10－2J＝1.96×10－3J。秒摆的周期为2s,1min内完成全振动的次数为30次，则1min内总共应补充的能量为E＝3ΔE＝5.88×10－3J。能力提升1．(2012·东营模拟)洗衣机在把衣服脱水完毕拔掉电源后，电动机还要转动一会才能停下来，在拔掉电源后，发现洗衣机先振动得比较小，然后有一阵子振动得很剧烈，然后振动慢慢减小直至停下来，其间振动剧烈的原因是()A．洗衣机没放平衡B．电动机有一阵子转快了C．电动机转动的频率和洗衣机的固有频率相近或相等D．这只是一种偶然现象答案：C解析：洗衣机脱水时，电动机转速很快，频率很大，可以说远大于洗衣机的固有频率，不能发生共振现象。当脱水终止时，随着电动机转速的减小，频率也在减小，肯定有一段时间，频率接近或等于洗衣机的固有频率，从而发生共振现象，反应在宏观上就是洗衣机振动剧烈。2．有一根张紧的水平绳上挂有5个双线摆，其中b摆摆球质量最大，另4个摆球质量相等，摆长关系为LcLb＝LdLaLe，如图所示，现将b摆垂直纸面向里拉开一微小角度，放手后让其振动，经过一段时间，其余各摆均振动起来，达到稳定时()A．周期关系为TcTdTaTeB．频率关系为fc＝fd＝fa＝feC．振幅关系为Ac＝Ad＝Aa＝AcD．四个摆中，d的振幅最大，且AeAa答案：BD解析：b摆的振动，作为一种驱动力迫使其它四个摆做受迫振动，受迫振动的周期(或频率)等于驱动力的周期(或频率)，而和自身的固有周期(固有频率)无关，B正确。四个摆做受迫振动的振幅与驱动力的频率跟自身的固有频率之差有关，这个差越小，物体做受迫振动的振幅越大。在a、c、d、e四个摆中，d的摆长跟b的摆长相等。因此d的固有频率和驱动力的频率相等，d摆做受迫振动的振幅最大。同理e摆做受迫振动的振幅最小，D正确。3.一砝码和一轻弹簧构成弹簧振子，图甲所示的装置可用于研究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，改变把手匀速转动的速度就可以改变驱动力的周期。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，砝码的振动图象如图丙所示。若用T0表示弹簧振子的固有周期，T表示驱动力的周期，Y表示受迫振动达到稳定后砝码振动的振幅，则()A．由图线可知T0＝4sB．由图线可知T0＝8sC．当T在4s附近时，Y显著增大，当T比4s小得多或大得多时，Y很小D．当T在8s附近时，Y显著增大，当T比8s小得多或大得多时，Y很小答案：AC解析：由题中图乙可知弹簧振子的固有周期T0＝4s，故A选项正确，B选项错误。根据受迫振动的特点：当驱动力的周期与系统的固有周期相同时发生共振，振幅最大；当驱动力的周期与系统的固有周期相差越多时，受迫振动物体振动稳定后的振幅越小。故C选项正确。D选项错误。4．某桥梁的固有频率为7.5Hz，有大量军队齐步过桥，军人每跨一步距离为0.8m。当行走速度为________m/s时，会对桥的安全造成威胁。答案：6解析：设行走速度为v时会对桥造成威胁，此时步行频率等于桥梁的固有频率，则v＝Lf＝0.8×7.5m/s＝6m/s。当驱动力频率等于固有频率时会发生共振。5.小球做受迫振动如图所示，一个竖直圆盘转动时，固定在圆盘上的小圆柱带动一个T形支架在竖直方向振动，T形支架的下面系着一个弹簧和小球组成的振动系统，小球浸没在水中。当圆盘静止时，让小球在水中振动，其阻尼振动的频率约为3Hz。现使圆盘以4s的周期匀速转动，经过一段时间后，小球振动达到稳定，它振动的频率是多少？答案：0.25Hz解析：当圆盘转动时，通过小圆柱带动T形支架上下振动，T形支架又通过弹簧给小球一周期性的作用力使其做受迫振动，所以小球振动的频率应等于驱动力的频率，即T形支架的振动频率，而T形支架的频率又等于圆盘转动的频率，故小球振动的频率f＝1T＝14Hz＝0.25Hz。6．(2012·枣庄模拟)汽车的重力一般支撑在固定于轴承上的若干弹簧上，弹簧的等效劲度系数k＝1.5×105N/m。汽车开始运动时，在振幅较小的情况下，其上下自由振动的频率满足f＝12πgl(l为弹簧的压缩长度)。若人体可以看成一个弹性体，其固有频率约为2Hz，已知汽车的质量为600kg，每个人的质量为70kg，则这辆车乘坐几个人时，人感到最难受？答案：5人解析：人体的固有频率f固＝2Hz，当汽车的振动频率与其相等时，人体与之发生共振，人感觉最难受，即f＝12πgl＝f固，得l＝g4π2f2固代入数据得：l＝0.0625m，由胡克定律得kl＝(m1＋nm2)gn＝kl－m1gm2g＝1.5×105×0.0625－600×9.870×9.8＝5(人)