2019高中物理 第一章 机械振动 外力作用下的振动试题（提高篇）教科版选修3-4.doc

1外力作用下的振动外力作用下的振动一、选择题一、选择题 1一单摆在空气中振动，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2一洗衣机脱水桶在正常工作时非常平衡，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，洗衣机脱水桶运转的频率比洗衣机的固有频率大B正常工作时，洗衣机脱水桶的运转频率比洗衣机的固有频率小C正常工作时，洗衣机脱水桶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，脱水桶的运转频率恰好等于洗衣机的固有频率3如图所示为一个弹簧振子做受迫振动时振幅与驱动力频率之间的关系图线，由图可知（ ） A振子振动频率为 f2时，它处于共振状态B驱动力频率为 f3时，振子振动频率为 f3C若撤去驱动力让振子做自由振动，频率是 f3D振子做自由振动的频率可以为 f1、f2、f34在用单摆测重力加速度的实验中，为减小误差（ ） A应选质量小的球做摆球B先使摆球摆动几次，从摆球经过平衡位置时开始计时C用秒表测出 3050 次全振动的时间，计算出平均周期D在测量摆线长度时，对安装好的单摆，要用力拉紧摆线后再测量5如图所示，两个质量分别为 M 和 m 的小球，悬挂在同一根水平细线上，当 M 在垂直水平细线 的平面内摆动时，下列说法正确的是（ ） A两摆的振动周期是相同的2B当两摆的摆长相等时，m 摆的振幅最大C悬挂 M 的竖直细线长度变化时，m 的振幅不变Dm 摆的振幅可能超过 M 摆的振幅6如图为单摆在两次受迫振动中的共振曲线则下列说法正确的是（ ） A若两次受迫振动分别在月球上和地球上进行，且摆长相同，则图线表示月球上单摆的共振 曲线B若两次受迫振动是在地球上同一地点进行，则两次摆长之比III25 4ll C图线若是在地面上完成的，则该摆摆长约为 1 mD若摆长均为 1 m，则图线 I 是在地面上完成的二、填空题二、填空题 7如图所示，在轻直杆 OC 的中点悬挂一个弹簧振子，其固有频率为 2 Hz杆的 O 端有固定光 滑轴，C 端下边由凸轮支持，凸轮绕其轴转动，转速为 n当 n 从 0 逐渐增大到 5 转秒过程中，振 子 M 的振幅变化情况将是_。当 n=_转秒时振幅最大若转速稳定在 5 转秒，M 的 振动周期是_。8任何物体都有一定的固有频率，如果把人作为一个整体来看，在水平方向的固有频率约为 36 Hz，竖直方向的固有频率约为 48 Hz，拖拉机驾驶员、风镐、风铲、铆钉机等操作工在工作 时将做_振动，这时若操作工的振动频率跟振源的频率_就会对操作工的身体造成伤害， 为保障操作工的安全与健康，有关部门作出规定，用手操作的各类振动机械的频率必须大于 20 Hz， 这是为了防止_所造成的危害9 （1）物理课外小组研究用单摆测重力加速度的实验，他们依照教材实验直接测量的物理量应 为：_、_、_、_，其公式为_（2）他们测出不同的摆长（l）所对应的周期（T） ，在进行数据处理时：如果甲同学以摆长 （l）为横坐标、周期（T）的平方为纵坐标作出了 T2-l图像，若他测得的图像的斜率为 k，则测得 的重力加速度 g=_若甲同学测摆长时，忘记测摆球的半径，则他用图像法求得的重力加速度_（填“偏小” “偏大”或“准确” ） 乙同学根据公式：2lTg得224lgT，并计3算重力加速度，若乙同学测摆长时，也忘记了测摆球的半径，则他测得的重力加速度_（填 “偏小” “偏大”或“准确” ） （3）甲同学测量 5 种不同摆长下单摆的振动周期，记录结果如下表： lm0.50.80.91.01.2 Ts1.421.791.902.002.20 T2s22.023.203.614.004.84以摆长（l）为横坐标、周期（T）的平方为纵坐标，请你替他在上面的虚线框中作出 T2-l图像， 利用此图像求出的重力加速度为_10在利用单摆测定重力加速度的实验中，由单摆做简谐运动的周期公式得到224lgT只要测出多组单摆的摆长l和运动周期 T，作出 T2-l图像，就可以求出当地的重力加速度理论上 T2-l图 像是一条过坐标原点的直线，某同学根据实验数据作出的图像如图所示（1）造成图像不过坐标原点的原因可能是_。（2）由图像求出的重力加速度 g=_ms2（取 2=9.87） 11将图 11-5-19 甲所示的演示简谐振动图像的沙摆实验稍作改变：使木板沿直线 OO做匀加 速直线运动，摆动着的漏斗中漏出的沙在木板上显示出图 11-5-19 乙所示曲线，A、B、C、D、E 均为 OO轴上的点，测出 AB=s1，BC=s2，摆长为 L（可视为不变） ，摆角小于 10°，则木板的加速度大小 约为_。三、解答题三、解答题 12用“单摆测重力加速度”的实验中，所用摆球质量分布不均匀，一位同学设计了一个巧妙的 方法可以不用知道单摆静止在平衡位置时摆球重心距小球顶部的距离，同样可以准确测出当地的重力加速度值，具体方法是：第一次量得悬线长为l1，测得振动周期为 T1，第二次量得悬线长为l2，测得 振动周期为 T2，由此可推算出重力加速度 g，请说明这位同学是如何求出重力加速度 g 的，并且用测 量量表示 g 的大小13洗衣机脱水缸正常工作时，转速为 2800 rmin，脱水后由切断电源到电动机停止转动的时 间为 16 s实际发现 13 s 左右时，洗衣机震荡最为激烈，若切断电源后转速是随时间均匀减小的， 则洗衣机振动的固有频率大约是多少？414在火车车厢里吊着一小球，由于车轮在铁轨接合处受到冲击而使其振动，若钢轨长 12.5 m，线长 40 cm，那么当火车的速度达到多大时，球振动的振幅最大？15一位同学用单摆做测定重力加速度的实验他将摆挂起后，进行了如下操作步骤：A测摆长l：用米尺量出摆线的长度；B测周期 T：将摆球拉起，然后放开，在摆球某次通过最低点时，按下秒表开始计时，同时将 此次通过最低点作为第 1 次，接着一直数到摆球第 60 次通过最低点时，按秒表停止计时，读出这段时间 t，算出单摆的周期60tT ；C将所测得的l和 T 代入单摆的周期公式2lTg，算出 g，将它作为实验结果写入报告中请指出上述步骤中遗漏或错误的地方并加以改正【答案与解析】 一、选择题一、选择题 1 【答案】A、D 【解析】单摆在空气振动，由于空气阻力的作用，振幅越来越小机械能逐渐转化为其他形式的 能，即机械能逐渐减小，但后一时刻的动能或势能不一定比前一时刻小，故 A、D 两项正确 2 【答案】A、D 【解析】切断电源后脱水桶的转速越来越小，即脱水桶的运转频率越来越小，由题意，当洗衣机 脱水桶正常工作时，非常稳定，可知，正常工作时频率大于洗衣机的固有频率，故 A 项正确当振动 最剧烈时，洗衣机发生了共振，即脱水桶运转频率等于洗衣机固有频率，D 项正确 3 【答案】A、B 4 【答案】B、C 【解析】摆球应选择质量大、体积小的小球，A 项错误开始计时的起点应从平衡位置开始此 位置速度大，位置确定，误差小，B 项正确计算周期时，应用多个周期的累加时间，测时间时误差 小，C 项正确测摆长时应使摆线自然下垂，不能拉紧，这样会使测得的摆长变长，误差大，D 项错 误 5 【答案】A、B、D 【解析】M 摆动时，m 摆做受迫振动，稳定后，m 摆振动周期应等于驱动力的周期，即等于 M 摆 的周期，故 A 项正确当 m 摆长与 M 摆长相等时，两者的固有周期相等，而 M 摆的固有周期就是使 m 做受迫振动的驱动力周期，可见 m 摆处于共振状态。B 项正确M 摆长发生变化。就是使 m 做受迫振 动的驱动力周期发生变化，由于 m 的固有周期不变，这样两个周期差别就发生了变化，因而 m 的振幅 也发生了变化，C 项错误单摆振动的能量不仅与振幅有关，还跟振动系统的质量有关如果 M 的质 量比 m 的大得多，从 M 向 m 传递的能量有可能使 m 的振幅大于 M 的振幅D 项正确综上所述，正确 答案是 A、B、D 三项 6 【答案】A、B、C 【解析】受迫振动的频率与固有频率无关，但当驱动力的频率与物体固有频率相等时，受迫振动 的振幅最大，所以，可以根据物体做受迫振动的共振曲线判断出物体的固有频率根据单摆振动周期公式2lTg，可以得到单摆固有频率11 2gfTl，根据图像中 f 的信息可以推断摆长或重5力加速度的变化情况二、填空题二、填空题 7 【答案】先增大后减小 2 0.2 s 【解析】因为 f固=2 Hz，而驱动力频率 f 从 0 增加到 5 Hz，当 f驱=f固时，发生共振，振幅最 大 8 【答案】受迫 相等 共振9 【答案】 （1）摆线长l0 摆球直径 d 完成全振动的次数 n 完成 n 次全振动所用时间 t22 0 24(/2)ldngt（2）24 k准确 偏小 （3）图像如图所示 9.86 ms2【解析】 （1）本实验是利用单摆的周期2lTg得224lgT即只要测出摆长l和周期 T 就能求出当地的重力加速度 g，而l=l0+d2，T=tn显然，本实验直接测量的物理量应为：摆线长 l0、摆球直径 d、完成全振动的次数 n 以及完成 n 次全振动所用的时间 t其公式为22 0 24(/2)ldngt（2）若依据测量数据，作出 T2-l图像，其斜率为 k=T2l，而224lgT，故有24gk图像函数式应为2 24Tlg，如果没忘记测量 d。则函数式应写为：2 24(/2)Tldg，显然图像的斜率不变，所以加速度的测量值不变若根据公式2lTg得224lgT，并计算加速度，如果没忘记测量 d，测量公式应写为2 0 24(/2)ldgT显然忘记测量 d 后，测量值偏小（3）建立如图所示坐标系，并标出适当的尺度，依据数学描点法画出 T2-l图像，则图像的斜率大约为 k=4.0依据图像求出重力加速度为2 249.86m / sgk10 【答案】 （1）测摆长时漏掉了摆球半径 （2）9.8711 【答案】21 2ssgl6三、解答题三、解答题 12 【答案】见解析【解析】设小球重心位置到小球顶部的距离为l0，则前后两次摆长分别为l1+l0和l2+l0，分别代入单摆周期公式有10 12llTg，20 22llTg，联立两式，消去l0得重力加速度为221 22 214llgTT13 【答案】见解析 【解析】洗衣机震荡最激烈时，是发生共振现象，即洗衣机的固有频率和脱水缸的转动频率相等 时发生共振现象，即只要算出 13 s 时脱水缸的转动频率即可由题可知脱水缸的转速是随时间均匀减小的，作出图像可求得 13 s 时的转速为 n1。如图，求得12800 3 16nrmin，则频率12800 3 6060 16nfHz=8.75 Hz。14 【答案】见解析 【解析】悬线吊着的小球由于车轮在钢轨接合处受到冲击而摆动，显然稳定后摆球做受迫振动， 在受迫振动中当驱动力的频率等于小球振动的固有频率时发生共振，单摆振动的振幅最大，f 驱=f 固设钢轨长为 L，线长为l即12v Ll g。10m / s2Lgvl。15 【答案】见解析 【解析】本题考查的是用单摆测定重力加速度这个实验内容中的摆长、周期概念，主要考查的是理解 能力、实验能力、综合分析能力在 A 中单摆的摆长定义是悬点到摆球重心的距离，摆线长并不是摆 长，摆长等于摆线长加上摆球半径，摆球直径可用游标卡尺来测量在 B 中摆球在某次通过最低点时， 按下秒表开始计时，同时将此次作为第一次通过最低点，到 60 次停表时，实际是 29.5 个周期，周期T 应为1 29.5。在 C 中应改变摆长多测几次，算出几次测量的平均值，将 g 的平均值作为实验结果写入报告中