2.6受迫振动 共振 课时作业 -2022-2023学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册（含解析）

人教版高中物理选择性必修第一册课时作业6受迫振动共振一、单项选择题1、下列振动中属于受迫振动的是()A.用重锤敲击一下悬吊着的钟后,钟的摆动B.打点计时器接通电源后,振针的振动C.小孩睡在自由摆动的吊床上,小孩随着吊床一起摆动D.弹簧振子在竖直方向上振动2、如图所示,在一条张紧的绳子上挂几个摆,其中a、b的摆长相等。当a摆垂直纸面振动的时候,通过张紧的绳子给b、c、d摆施加驱动力,使其余各摆做受迫振动。观察b、c、d摆的振动发现()A.b摆的摆角最大B.c摆的周期最小C.d摆的频率最小D.b、c、d摆的摆角相同3、为了交通安全，常在公路上设置如图所示的减速带，减速带使路面稍微拱起以达到车辆减速的目的．如果某路面上的一排减速带的间距为1.5m，一辆固有频率为2Hz的汽车匀速驶过这排减速带，下列说法正确的是()A．当汽车以5m/s的速度行驶时，其振动频率为2HzB．当汽车以5m/s的速度行驶时，其振动频率为0.3HzC．当汽车以3m/s的速度行驶时颠簸得最厉害D．汽车速度越大，颠簸得越厉害4、两单摆在不同的驱动力作用下其振幅A随驱动力频率f变化的图像如图中甲、乙所示，则下列说法正确的是()A．单摆振动时的频率与固有频率有关，振幅与固有频率无关B．若两单摆放在同一地点，则甲、乙两单摆的摆长之比为4∶1C．若两单摆摆长相同放在不同的地点，则甲、乙两单摆所处两地的重力加速度之比为4∶1D．周期为2s的单摆叫作秒摆，在地面附近，秒摆的摆长约为2m5、如图所示是一单摆做阻尼振动的x－t图像，则此单摆的摆球在图中P与N时刻的()A．速率vP＞vNB．重力势能EpP＜EpNC．机械能EP＜END．受到的拉力FP＝FN6、2020年伊始出现了罕见的新型冠状病毒,感染患者在医院进行治疗时,需要打吊瓶。如图所示,该病人正在输b吊瓶中的液体,输了一半时他的左手动了一下,这个动作拉扯到了输液管,使b吊瓶晃动了起来,紧接着待输的a、c吊瓶(液体均满瓶)也跟着晃动起来,假设悬挂三个吊瓶的细绳长度相同,b、c两吊瓶大小相同,则 ()A.b、c两吊瓶发生共振B.a、b、c三个吊瓶均做自由振动C.只有b、c两吊瓶的振动周期相同D.a、b、c三个吊瓶的振动周期相同7、甲、乙两单摆在不同的驱动力作用下振幅A随驱动力频率f变化的图像如图所示,则 ()A.单摆振动时的频率与固有频率有关,振幅与固有频率无关B.若两单摆放在同一地点,则甲、乙两单摆的摆长之比为4∶1C.若两单摆摆长相同放在不同的地点,则甲、乙两单摆所处两地的重力加速度之比为4∶1D.周期为2s的单摆叫作秒摆,在地面附近,秒摆的摆长约为2m8、如图所示，有一根绷紧的水平绳上挂有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Lc>Lb＝Ld>La>Le。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，则达到稳定时()A. 周期关系为Tc>Td>Ta>TeB．频率关系为fc＝fd＝fa＝feC．摆幅关系为Ac＝Ad＝Aa＝AeD．四个摆中，d的振幅最大，且Ae>Aa二、多项选择题9、蜘蛛会根据丝网的振动情况感知是否有昆虫“落网”。若丝网的固有频率为200Hz,下列说法正确的是 ()A.“落网”昆虫翅膀振动的频率越大,丝网的振幅越大B.当“落网”昆虫翅膀振动的频率低于200Hz时,丝网不振动C.当“落网”昆虫翅膀振动的周期为0.005s时,丝网的振幅最大D.昆虫“落网”时,丝网振动的频率由“落网”昆虫翅膀振动的频率决定10、如图所示是一个弹簧振子做阻尼振动的振动图像,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点的动能等于在B点的动能B.振子在A点的势能等于在B点的势能C.振子在A点的机械能等于在B点的机械能D.振子在A点的机械能大于在B点的机械能11、正在运转的机器，当其飞轮以角速度ω0匀速转动时，机器的振动不强烈，切断电源，飞轮的转动逐渐慢下来，在某一小段时间内机器却发生了强烈的振动，此后飞轮转速继续变慢，机器的振动也随之减弱，在机器停下来之后若重新启动机器，使飞轮转动的角速度从0较缓慢地增大到ω0，在这一过程中()A．机器不一定还会发生强烈的振动B．机器一定还会发生强烈的振动C．若机器发生强烈振动，强烈振动可能发生在飞轮角速度为ω0时D．若机器发生强烈振动，强烈振动时飞轮的角速度肯定不为ω012、如图所示，一摆长为25cm的单摆悬挂在驱动轴上，可通过摇动手柄驱使单摆摆动，当摇动频率从0逐渐增加到5Hz时，会发现()A．单摆始终按其固有频率振动B．单摆振动频率逐渐增加C．单摆振幅先增大后减小D．单摆振幅逐渐增加13、一单摆在地面上做受迫振动,其共振曲线(振幅A与驱动力频率f的关系)如图所示,g取10m/s2,则 ()A.此单摆的周期约为0.5sB.此单摆的摆长约为1mC.若摆长增加,共振曲线的峰将向左移动D.若把该单摆从福建移到北京,要使其固有频率不变,应增加摆长三、非选择题14、筛选出题干有用的信息,再结合本阶段学习的物理知识解决以下问题:把一个筛子用四根弹簧支起来,筛子上安一个电动偏心轮,它每转一周,给筛子一个驱动力,这样就做成了一个共振筛,如图所示。筛子自由振动时,完成10次全振动用时15s;在某电压下,电动偏心轮的转速是36r/min。已知增大电压可使偏心轮转速提高;增加筛子质量,可以增大筛子的固有周期。(1)为了使筛子更好地工作,我们希望它的振幅增大,可以利用共振现象。若要增大筛子做受迫振动的振幅,可采取两种方法使之发生共振,请描述共振发生的条件:。(2)要使筛子的振幅增大,下列做法正确的是。A.提高输入电压B.降低输入电压C.增加筛子的质量D.减小筛子的质量15、如图所示，在曲轴A上悬挂一个弹簧振子，如果转动把手，曲轴可以带动弹簧振子上下振动。问：(1)开始时不转动把手，而用手往下拉振子，然后放手让振子上下振动，测得振子在10s内完成20次全振动，振子做什么振动？其固有周期和固有频率各是多少？若考虑摩擦和空气阻力，振子做什么振动？(2)在振子正常振动过程中，以转速4r/s匀速转动把手，振子的振动稳定后，振子做什么运动？其周期是多少？16、减震器是通过加速车架与车身振动的衰减,来改善汽车的行驶舒适性的汽配原件,在大多数汽车的悬架系统内部都装有减震器。汽车的车身一般支撑在固定于轴承上的若干弹簧上,弹簧套在减震器上,两者同时起到减震作用。为了研究方便,我们把两者简化成一个等效劲度系数为k=1.5×105N/m的“弹簧”。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。(g取10m/s2(1)汽车的振动频率与人体固有频率相等时l的大小;(2)汽车乘坐几个人时,人感觉最难受。17、如图所示为一单摆的共振曲线，则(1)该单摆的摆长约为多少？(2)共振时单摆的振幅是多大？(3)共振时摆球的最大速度和摆球振动的最大加速度各为多少？(g取10m/s2，π2＝10)答案与解析1、B解析：受迫振动是振动系统在驱动力作用下的振动,故只有B是受迫振动。A、C是阻尼振动,D是简谐运动。2、A解析：a摆摆动带动其他3个摆做受迫振动,在受迫振动中,当驱动力的频率等于物体的固有频率时,出现共振现象,物体的振幅达到最大,由于b摆的固有频率与a摆的相同,故b摆发生共振,摆角最大,故A正确,D错误;由于物体做受迫振动的频率等于驱动力的频率,故其他各摆的振动周期、频率跟a摆的相同,故B、C错误。故选A。3、C解析：当汽车以5m/s的速度行驶时，其振动周期为T＝eq\f(l,v)＝eq\f(1.5,5)s＝0.3s，频率为f＝eq\f(1,T)＝eq\f(1,0.3)Hz＝3.3Hz，故A、B错误；由T＝eq\f(1,f)可知，汽车的固有周期为T＝eq\f(1,2)s，则汽车的速度v＝eq\f(l,T)＝eq\f(1.5,0.5)m/s＝3m/s，即当速度为3m/s时，汽车产生共振颠簸得最厉害，C正确，D错误．4、B解析：做受迫振动的物体的频率等于驱动力的频率，由驱动力的频率决定，与物体固有频率无关，当驱动力频率等于物体的固有频率时，发生共振，物体的振幅最大，A错误；由图像可知，甲、乙两个单摆的固有频率之比为1∶2，则由T＝eq\f(1,f)＝2πeq\r(\f(l,g))可知，l＝eq\f(g,4π2f2)，则若两单摆放在同一地点，则甲、乙两单摆的摆长之比为4∶1；若两单摆摆长相同放在不同的地点，则甲、乙两单摆所处两地的重力加速度之比为1∶4，B正确，C错误；周期为2s的单摆叫作秒摆，在地面附近，秒摆的摆长约为l＝eq\f(gT2,4π2)≈1m，D错误．5、A解析：由于单摆在运动过程中要克服阻力做功，振幅逐渐减小，摆球的机械能逐渐减少，所以摆球在P点时的机械能大于在N点时的机械能，摆球的势能是由摆球相对于零势能点的高度h和摆球的质量m共同决定的(Ep＝mgh)．单摆摆球的质量是定值，由于P、N两时刻摆球的位移大小相同，故在这两个时刻摆球相对零势能点的高度相同，重力势能也相同，但由于P点的机械能大于N点的机械能，所以P点时的动能大于在N点时的动能，根据动能的公式Ek＝eq\f(1,2)mv2，可得速率vP＞vN，A正确，B、C错误；由于P、N两时刻摆球的位移大小相同，所以其细线拉力与竖直方向上的夹角也相等，对单摆受力分析，根据牛顿第二定律得F－mgcosθ＝meq\f(v2,L)，解得它受到的拉力为FP＞FN，D错误.6、D解析：b、c两吊瓶重心高度不同,导致有效摆长不同,所以二者不会发生共振,A错误;只有b吊瓶做自由振动,a、c两吊瓶均做受迫振动,B错误;a、c两吊瓶在b吊瓶的驱动力作用下做受迫振动,振动周期等于驱动力的周期,所以a、b、c三个吊瓶的振动周期相同,C错误,D正确。7、B解析：做受迫振动的物体的振动频率等于驱动力的频率,与物体的固有频率无关,当驱动力的频率等于物体的固有频率时,物体的振幅最大,发生共振,故A错误;由题图可知,甲、乙两个单摆的固有频率之比为1∶2,由T=1f=2πlg可得l=g4π2f2,若两单摆放在同一地点,则甲、乙两单摆的摆长之比为4∶1,若两单摆摆长相同放在不同的地点,则甲、乙两单摆所处两地的重力加速度之比为1∶4,故B正确,C错误;周期为2s的单摆叫作秒摆,在地面附近,秒摆的摆长约为l=gT28、B解析：b摆的振动作为一种驱动力，迫使其他四个摆做受迫振动，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，故选项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，相差越小，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比a摆小，故选项D错误。9、CD解析：根据共振的条件可知,当驱动力的频率等于物体的固有频率时,物体发生共振,振幅达最大,A错误;当“落网”昆虫翅膀振动的频率低于200Hz时,丝网做受迫振动,B错误;当“落网”昆虫翅膀振动的周期为0.005s时,频率f=1T=10.005Hz=200Hz,与丝网的固有频率相等,丝网发生共振,所以丝网的振幅最大,C正确;物体做受迫振动的频率等于驱动力的频率,所以昆虫“落网”时,丝网振动的频率由“落网”昆虫翅膀振动的频率决定10、BD解析：由于弹簧振子做阻尼振动,所以振子在A点的机械能大于在B点的机械能,选项C错,D对;弹簧的弹性势能与弹簧的形变量有关,振子在A、B两点时,弹簧的形变量相同,选项B对;振子在A点的动能大于在B点的动能,选项A错。11、BD解析：飞轮在转速逐渐减小的过程中，机器出现强烈的振动，说明发生共振现象，共振现象产生的条件是驱动力频率等于系统的固有频率，故当机器重新启动时，飞轮转速缓慢增大的过程中，一旦达到共振条件，机器一定还会发生强烈的振动．由题意可知，发生强烈共振时，飞轮的角速度一定小于ω0．故B、D正确．12、BC解析：根据单摆周期公式T＝2πeq\r(\f(L,g))，单摆固有频率f0＝eq\f(1,T)，代入解得f0＝eq\f(\r(g),π)Hz≈1Hz，受迫振动的频率等于驱动力的频率，当摇动频率从0逐渐增加到5Hz时，则单摆的振动频率也从0逐渐增加到5Hz，由小逐渐变大，故A错误，B正确；当摇动频率f等于单摆的固有频率f0时，系统达到共振，振幅最大，故单摆的振幅先增大后减小，C正确，D错误．13、BCD解析：单摆做受迫振动,振动频率与驱动力的频率相等,当驱动力的频率等于单摆的固有频率时,发生共振,振幅达最大,由题图知单摆的固有频率为0.5Hz,周期为2s,故A错误;由公式T=2πlg可得l≈1m,故B正确;若摆长增加,则单摆的固有频率减小,所以共振曲线的峰将向左移动,故C正确;把该单摆从福建移到北京,重力加速度变大,要使其固有频率不变,需增加摆长,故D正确。故选B、C、D14、解析：(1)当驱动力的频率和筛子的固有频率相等时,筛子发生共振,故共振发生的条件为:驱动力的频率等于筛子的固有频率。(2)由题可知,筛子的固有频率为f0=1015Hz=23Hz,驱动力的频率f=n=0.6Hz。要增大筛子的振幅,就要增加偏心轮的频率,或者减小筛子的固有频率,故可提高输入电压,或者增大筛子的质量,A、C正确,B、答案：(1)驱动力的频率等于筛子的固有频率(2)AC15、解析：(1)用手往下拉振子使振子获得一定能量，放手后，振子因所受回复力与位移成正比，方向与位移方向相反(F＝－kx)，所以做简谐运动，其周期和频率是由它本身的结构性质决定的，称固有周期(T固)和固有频率(f固)，根据题意T固＝eq\f(t,n)＝eq\f(10,20)s＝0.5s，f固＝eq\f(1,T固)＝eq\f(1,0.5)Hz＝2Hz。由于摩擦和空气阻力的存在，振子克服摩擦力和阻力做功消耗能量，使其振幅越来越小，故振动为阻尼振动。(2)由于把手转动的转速为4r/s，它给弹簧振子的驱动力频率为f驱＝4Hz，周期T驱＝0.25s，故振子做受迫振动。振动达稳定状态后，其频率(或周期)等于驱动力的频率(或周期)，而跟固有频率(或周期)无关。即f＝f驱＝4Hz，T＝T驱＝0.