2018-2019學(xué)年高中物理 課時提升作業(yè) 五 11.5 外力作用下的振動（含解析）新人教版選修3-4.doc

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外力作用下的振動 (20分鐘　50分) 一、選擇題(本題共3小題，每小題7分，共21分) 1.(多選)一洗衣機(jī)脫水桶在正常工作時非常平穩(wěn)，當(dāng)切斷電源后，發(fā)現(xiàn)洗衣機(jī)先是振動越來越劇烈，然后振動再逐漸減弱，對這一現(xiàn)象，下列說法正確的 是 (　　) A.正常工作時，洗衣機(jī)脫水桶運轉(zhuǎn)的頻率比洗衣機(jī)的固有頻率大 B.正常工作時，洗衣機(jī)脫水桶的運轉(zhuǎn)頻率比洗衣機(jī)的固有頻率小 C.正常工作時，洗衣機(jī)脫水桶的運轉(zhuǎn)頻率等于洗衣機(jī)的固有頻率 D.當(dāng)洗衣機(jī)振動最劇烈時，脫水桶的運轉(zhuǎn)頻率恰好等于洗衣機(jī)的固有頻率 【解析】選A、D。切斷電源后脫水桶的轉(zhuǎn)速越來越小，即脫水桶的運轉(zhuǎn)頻率越來越小，由題意，當(dāng)洗衣機(jī)脫水桶正常工作時，非常穩(wěn)定，可知，正常工作時頻率大于洗衣機(jī)的固有頻率，故A選項正確。當(dāng)振動最劇烈時，洗衣機(jī)發(fā)生了共振，D選項正確。 2.(多選)關(guān)于受迫振動，下列說法正確的是 (　　) A.受迫振動是在外力作用下的振動 B.受迫振動是在周期性驅(qū)動力作用下的振動 C.受迫振動的頻率一定等于其固有頻率 D.受迫振動的頻率一定等于驅(qū)動力的頻率 【解析】選B、D。受迫振動必須是在周期性外力作用下的振動，也就是在一定頻率的驅(qū)動力作用下的振動，故A錯誤，B正確。物體做受迫振動的頻率等于驅(qū)動力的頻率，不一定與固有頻率相等，故C錯誤，D正確。 3. (多選)(2018遵義高二檢測)如圖所示為一個彈簧振子做受迫振動時振幅與驅(qū)動力頻率之間的關(guān)系圖象，由圖可知 (　　) A.振子振動頻率為f2時，它處于共振狀態(tài) B.驅(qū)動力頻率為f3時，振子振動頻率為f3 C.若撤去驅(qū)動力讓振子做自由振動，頻率是f3 D.振子做自由振動的頻率可以為f1、f2、f3 【解析】選A、B。由共振曲線可知，出現(xiàn)振幅最大，則固有頻率等于受迫振動的頻率，即為f2，故A正確。受迫振動的頻率由驅(qū)動力頻率決定，驅(qū)動力的頻率為f3時，振子振動的頻率也為f3，故B正確。當(dāng)驅(qū)動力頻率等于固有頻率時，振子的振動幅度最大，故由圖看出固有頻率為f2。振子自由振動的頻率由系統(tǒng)本身決定，為f2，故C錯誤。振子做自由振動時，頻率由系統(tǒng)本身決定，為f2，故D錯誤。故選A、B。 【補(bǔ)償訓(xùn)練】 一個單擺做受迫振動，其共振曲線(振幅A與驅(qū)動力的頻率f的關(guān)系)如圖所示，則 (　　) A.此單擺的固有周期約為0.5 s B.此單擺的擺長約為1 m C.若擺長增大，單擺的固有頻率增大 D.若擺長增大，共振曲線的峰將向右移動 【解析】選B。由共振條件知單擺固有頻率為f=0.5 Hz，則其固有周期為T=1f= 2 s，選項A錯；由單擺周期公式T=2πl(wèi)g，可求得單擺擺長為l=gT24π2≈1 m，選項B對；擺長增大，單擺的周期變大，其固有頻率變小，共振曲線的峰將向左移動，選項C、D錯。 二、非選擇題(14分) 4.火車在軌道上行駛時，由于在鋼軌接頭處車輪受到撞擊而上下振動。如果防震彈簧每受104 N的力將被壓縮20 mm，而每根彈簧的實際負(fù)荷為5 000 kg，已知彈簧的振動周期T=2πmk，問車速為多大時，列車振動得最劇烈？(設(shè)鋼軌長為12.5 m，g取10 m/s2) 【解析】由題意可知彈簧在做受迫振動，要使振動最強(qiáng)烈，必然使彈簧發(fā)生共振，此時必須滿足:f驅(qū)=f固(或T驅(qū)=T固)。 根據(jù)題意知，防震彈簧的勁度系數(shù)為 k=Fx=1040.02 N/m=5105 N/m 由于每根彈簧的實際負(fù)荷為m=5 000 kg，所以彈簧的固有周期為T固=2πmk= 2π5 0005105 s=π5 s 當(dāng)振動最強(qiáng)烈時有T驅(qū)=lv=12.5v s=π5 s 故火車的速度為v=lT驅(qū)=19.9 m/s。 答案:19.9 m/s 【補(bǔ)償訓(xùn)練】 　　秒擺擺球質(zhì)量為0.2 kg，它振動到最大位移時距最低點的高度為0.4 cm，當(dāng)它完成10次全振動回到最大位移處時，因有阻尼作用，距最低點的高度變?yōu)?.3 cm。如果每振動10次補(bǔ)充一次能量，使擺球回到原高度，那么1 min內(nèi)總共應(yīng)補(bǔ)給多少能量？(g取9.8 m/s2) 【解析】每振動10次要補(bǔ)充的能量為ΔE=mgΔh=0.29.8(0.4-0.3)10-2J=1.9610-3 J。 秒擺的周期為2 s，1 min內(nèi)完成全振動的次數(shù)為30次，則1 min內(nèi)總共應(yīng)補(bǔ)充的能量為E=3ΔE=5.8810-3 J。 答案:5.8810-3 J (1)(5分)(多選)如圖所示的裝置中，在曲軸AB上懸掛一個彈簧振子，若不轉(zhuǎn)動把手C，讓其上下振動，周期為T1，若使把手以周期T2(T2>T1)勻速轉(zhuǎn)動，當(dāng)運動都穩(wěn)定后，則(　　) A.彈簧振子的振動周期為T1 B.彈簧振子的振動周期為T2 C.彈簧振子的振動頻率為1T2 D.要使彈簧振子的振幅增大，可讓把手轉(zhuǎn)速減小 E.要使彈簧振子的振幅增大，可讓把手轉(zhuǎn)速增大 (2)(10分)汽車的重力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=1.5105 N/m。汽車開始運動時，在振幅較小的情況下，其上下自由振動的頻率滿足f=12πg(shù)l(l為彈簧的壓縮長度)。若人體可以看成一個彈性體，其固有頻率約為2 Hz，已知汽車的質(zhì)量為600 kg，每個人的質(zhì)量為70 kg，則這輛車乘坐幾個人時，人感到最難受？(g=9.8 m/s2) 【解析】(1)選B、C、E。彈簧振子在把手作用下做受迫振動，其振動周期等于驅(qū)動力的周期，因此振動周期為T2，A錯，B、C對；由于T2>T1，故欲使振幅增大，應(yīng)使T2減小，即轉(zhuǎn)速應(yīng)增大，要使彈簧振子的振幅增大，可讓把手轉(zhuǎn)速增大，周期減小，與固有周期接近或相等時，振幅可增大，D錯，E對。故選B、C、E。 (2)人體的固有頻率f固=2 Hz，當(dāng)汽車的振動頻率與其相等時，人體與之發(fā)生共振，人感覺最難受，即f=12πg(shù)l=f固，得l=g4π2f固2， 代入數(shù)據(jù)得l=0.062 1 m，由胡克定律得 kl=(m1+nm2)g n=kl-m1gm2g=1.51050.062 1-6009.8709.8=5(人) 答案:(1)B、C、E　(2)5人