2022學(xué)年高中物理 第一章 機(jī)械振動(dòng) 外力作用下的振動(dòng)試題（提高篇）教科版選修3-4

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1、2022學(xué)年高中物理 第一章 機(jī)械振動(dòng) 外力作用下的振動(dòng)試題（提高篇）教科版選修3-4 一、選擇題 1．一單擺在空氣中振動(dòng)，振幅逐漸減小，下列說法正確的是（ ）． A．機(jī)械能逐漸轉(zhuǎn)化為其他形式的能 B．后一時(shí)刻的動(dòng)能一定小于前一時(shí)刻的動(dòng)能 C．后一時(shí)刻的勢(shì)能一定小于前一時(shí)刻的勢(shì)能 D．后一時(shí)刻的機(jī)械能一定小于前一時(shí)刻的機(jī)械能 2．一洗衣機(jī)脫水桶在正常工作時(shí)非常平衡，當(dāng)切斷電源后，發(fā)現(xiàn)洗衣機(jī)先是振動(dòng)越來越劇烈，然后振動(dòng)再逐漸減弱，對(duì)這一現(xiàn)象，下列說法正確的是（ ）． A．正常工作時(shí)，洗衣機(jī)脫水桶運(yùn)轉(zhuǎn)的頻率比洗衣機(jī)的固有頻率大

2、 B．正常工作時(shí)，洗衣機(jī)脫水桶的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率比洗衣機(jī)的固有頻率小 C．正常工作時(shí)，洗衣機(jī)脫水桶的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率等于洗衣機(jī)的固有頻率 D．當(dāng)洗衣機(jī)振動(dòng)最劇烈時(shí)，脫水桶的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率恰好等于洗衣機(jī)的固有頻率 3．如圖所示為一個(gè)彈簧振子做受迫振動(dòng)時(shí)振幅與驅(qū)動(dòng)力頻率之間的關(guān)系圖線，由圖可知（ ）． A．振子振動(dòng)頻率為f2時(shí)，它處于共振狀態(tài) B．驅(qū)動(dòng)力頻率為f3時(shí)，振子振動(dòng)頻率為f3 C．若撤去驅(qū)動(dòng)力讓振子做自由振動(dòng)，頻率是f3 D．振子做自由振動(dòng)的頻率可以為f1、f2、f3 4．在用單擺測(cè)重力加速度的實(shí)驗(yàn)中，

3、為減小誤差（ ）． A．應(yīng)選質(zhì)量小的球做擺球 B．先使擺球擺動(dòng)幾次，從擺球經(jīng)過平衡位置時(shí)開始計(jì)時(shí) C．用秒表測(cè)出30～50次全振動(dòng)的時(shí)間，計(jì)算出平均周期 D．在測(cè)量擺線長度時(shí)，對(duì)安裝好的單擺，要用力拉緊擺線后再測(cè)量 5．如圖所示，兩個(gè)質(zhì)量分別為M和m的小球，懸掛在同一根水平細(xì)線上，當(dāng)M在垂直水平細(xì)線的平面內(nèi)擺動(dòng)時(shí)，下列說法正確的是（ ）． A．兩擺的振動(dòng)周期是相同的 B．當(dāng)兩擺的擺長相等時(shí)，m擺的振幅最大 C．懸掛M的豎直細(xì)線長度變化時(shí)，m的振幅不變 D．m擺的振幅可能超過M擺

4、的振幅 6．如圖為單擺在兩次受迫振動(dòng)中的共振曲線．則下列說法正確的是（ ）． A．若兩次受迫振動(dòng)分別在月球上和地球上進(jìn)行，且擺長相同，則圖線Ⅰ表示月球上單擺的共振曲線 B．若兩次受迫振動(dòng)是在地球上同一地點(diǎn)進(jìn)行，則兩次擺長之比 C．圖線Ⅱ若是在地面上完成的，則該擺擺長約為1 m D．若擺長均為1 m，則圖線I是在地面上完成的 二、填空題 7．如圖所示，在輕直桿OC的中點(diǎn)懸掛一個(gè)彈簧振子，其固有頻率為2 Hz．桿的O端有固定光滑軸，C端下邊由凸輪支持，凸輪繞其軸轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速為n．當(dāng)n從0逐漸增大到5轉(zhuǎn)／秒過程中，

5、振子M的振幅變化情況將是________。當(dāng)n=________轉(zhuǎn)／秒時(shí)振幅最大．若轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在5轉(zhuǎn)／秒，M的振動(dòng)周期是________。 8．任何物體都有一定的固有頻率，如果把人作為一個(gè)整體來看，在水平方向的固有頻率約為3～6 Hz，豎直方向的固有頻率約為4～8 Hz，拖拉機(jī)駕駛員、風(fēng)鎬、風(fēng)鏟、鉚釘機(jī)等操作工在工作時(shí)將做________振動(dòng)，這時(shí)若操作工的振動(dòng)頻率跟振源的頻率_______就會(huì)對(duì)操作工的身體造成傷害，為保障操作工的安全與健康，有關(guān)部門作出規(guī)定，用手操作的各類振動(dòng)機(jī)械的頻率必須大于20 Hz，這是為了防止________所造成的危害． 9．（1）物

6、理課外小組研究用單擺測(cè)重力加速度的實(shí)驗(yàn)，他們依照教材實(shí)驗(yàn)直接測(cè)量的物理量應(yīng)為：________、________、________、________，其公式為________． （2）他們測(cè)出不同的擺長（）所對(duì)應(yīng)的周期（T），在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)：①如果甲同學(xué)以擺長（）為橫坐標(biāo)、周期（T）的平方為縱坐標(biāo)作出了T2-圖像，若他測(cè)得的圖像的斜率為k，則測(cè)得的重力加速度g=________．若甲同學(xué)測(cè)擺長時(shí)，忘記測(cè)擺球的半徑，則他用圖像法求得的重力加速度________（填“偏小”“偏大”或“準(zhǔn)確”）．②乙同學(xué)根據(jù)公式：得，并計(jì)算重力加速度，若乙同學(xué)測(cè)擺長時(shí)，也忘記了測(cè)擺球的半徑，則他測(cè)得的重

7、力加速度________（填“偏小”“偏大”或“準(zhǔn)確”）． （3）甲同學(xué)測(cè)量5種不同擺長下單擺的振動(dòng)周期，記錄結(jié)果如下表： ／m 0.5 0.8 0.9 1.0 1.2 T／s 1.42 1.79 1.90 2.00 2.20 T2／s2 2.02 3.20 3.61 4.00 4.84 以擺長（）為橫坐標(biāo)、周期（T）的平方為縱坐標(biāo)，請(qǐng)你替他在上面的虛線框中作出T2-圖像，利用此圖像求出的重力加速度為________． 10．在利用單擺測(cè)定重力加速度的實(shí)驗(yàn)中，由單擺做簡諧運(yùn)動(dòng)的周期公式得到．只要測(cè)出多組單擺的擺長和運(yùn)動(dòng)周期T，作出T

8、2-圖像，就可以求出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣龋碚撋蟃2-圖像是一條過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線，某同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出的圖像如圖所示． （1）造成圖像不過坐標(biāo)原點(diǎn)的原因可能是________。 （2）由圖像求出的重力加速度g=________m／s2（取π2=9.87）． 11．將圖11-5-19甲所示的演示簡諧振動(dòng)圖像的沙擺實(shí)驗(yàn)稍作改變：使木板沿直線OO＇做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，擺動(dòng)著的漏斗中漏出的沙在木板上顯示出圖11-5-19乙所示曲線，A、B、C、D、E均為OO＇軸上的點(diǎn)，測(cè)出AB=s1，BC=s2，擺長為L（可視為不變），擺角小于10°，則木板的加速度大小約為_

9、_______。 三、解答題 12．用“單擺測(cè)重力加速度”的實(shí)驗(yàn)中，所用擺球質(zhì)量分布不均勻，一位同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)巧妙的方法可以不用知道單擺靜止在平衡位置時(shí)擺球重心距小球頂部的距離，同樣可以準(zhǔn)確測(cè)出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣戎?，具體方法是：第一次量得懸線長為1，測(cè)得振動(dòng)周期為T1，第二次量得懸線長為2，測(cè)得振動(dòng)周期為T2，由此可推算出重力加速度g，請(qǐng)說明這位同學(xué)是如何求出重力加速度g的，并且用測(cè)量量表示g的大?。? 13．洗衣機(jī)脫水缸正常工作時(shí)，轉(zhuǎn)速為2800 r／min，脫水后由切斷電源到電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)間為16 s．實(shí)際發(fā)現(xiàn)13 s左右時(shí)，洗衣機(jī)震蕩最為激烈

10、，若切斷電源后轉(zhuǎn)速是隨時(shí)間均勻減小的，則洗衣機(jī)振動(dòng)的固有頻率大約是多少？ 14．在火車車廂里吊著一小球，由于車輪在鐵軌接合處受到?jīng)_擊而使其振動(dòng)，若鋼軌長12.5 m，線長40 cm，那么當(dāng)火車的速度達(dá)到多大時(shí)，球振動(dòng)的振幅最大？ 15．一位同學(xué)用單擺做測(cè)定重力加速度的實(shí)驗(yàn)．他將擺掛起后，進(jìn)行了如下操作步驟： A．測(cè)擺長：用米尺量出擺線的長度； B．測(cè)周期T：將擺球拉起，然后放開，在擺球某次通過最低點(diǎn)時(shí)，按下秒表開始計(jì)時(shí)，同時(shí)將此次通過最低點(diǎn)作為第1次，接著一直數(shù)到擺球第60次通過最低點(diǎn)時(shí)，按秒表停止計(jì)時(shí)，讀出這段時(shí)間t，算出單擺的周期； C．將所測(cè)得的

11、和T代入單擺的周期公式，算出g，將它作為實(shí)驗(yàn)結(jié)果寫入報(bào)告中． 請(qǐng)指出上述步驟中遺漏或錯(cuò)誤的地方并加以改正． 【答案與解析】 一、選擇題 1．【答案】A、D 【解析】單擺在空氣振動(dòng)，由于空氣阻力的作用，振幅越來越小．機(jī)械能逐漸轉(zhuǎn)化為其他形式的能，即機(jī)械能逐漸減小，但后一時(shí)刻的動(dòng)能或勢(shì)能不一定比前一時(shí)刻小，故A、D兩項(xiàng)正確． 2．【答案】A、D 【解析】切斷電源后脫水桶的轉(zhuǎn)速越來越小，即脫水桶的運(yùn)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(shí)，非常穩(wěn)定，可知，正常工作時(shí)頻率大于洗衣機(jī)的固有頻率，故A項(xiàng)正確．當(dāng)振動(dòng)最劇烈時(shí)，洗衣機(jī)發(fā)生了共振，即脫水桶運(yùn)轉(zhuǎn)頻率等于洗

12、衣機(jī)固有頻率，D項(xiàng)正確． 3．【答案】A、B 4．【答案】B、C 【解析】擺球應(yīng)選擇質(zhì)量大、體積小的小球，A項(xiàng)錯(cuò)誤．開始計(jì)時(shí)的起點(diǎn)應(yīng)從平衡位置開始．此位置速度大，位置確定，誤差小，B項(xiàng)正確．計(jì)算周期時(shí)，應(yīng)用多個(gè)周期的累加時(shí)間，測(cè)時(shí)間時(shí)誤差小，C項(xiàng)正確．測(cè)擺長時(shí)應(yīng)使擺線自然下垂，不能拉緊，這樣會(huì)使測(cè)得的擺長變長，誤差大，D項(xiàng)錯(cuò)誤． 5．【答案】A、B、D 【解析】M擺動(dòng)時(shí)，m擺做受迫振動(dòng)，穩(wěn)定后，m擺振動(dòng)周期應(yīng)等于驅(qū)動(dòng)力的周期，即等于M擺的周期，故A項(xiàng)正確．當(dāng)m擺長與M擺長相等時(shí)，兩者的固有周期相等，而M擺的固有周期就是使m做受迫振動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力周期，可見m擺處于共振狀態(tài)。B項(xiàng)正確

13、．M擺長發(fā)生變化。就是使m做受迫振動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力周期發(fā)生變化，由于m的固有周期不變，這樣兩個(gè)周期差別就發(fā)生了變化，因而m的振幅也發(fā)生了變化，C項(xiàng)錯(cuò)誤．單擺振動(dòng)的能量不僅與振幅有關(guān)，還跟振動(dòng)系統(tǒng)的質(zhì)量有關(guān)．如果M的質(zhì)量比m的大得多，從M向m傳遞的能量有可能使m的振幅大于M的振幅．D項(xiàng)正確．綜上所述，正確答案是A、B、D三項(xiàng)． 6．【答案】A、B、C 【解析】受迫振動(dòng)的頻率與固有頻率無關(guān)，但當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率與物體固有頻率相等時(shí)，受迫振動(dòng)的振幅最大，所以，可以根據(jù)物體做受迫振動(dòng)的共振曲線判斷出物體的固有頻率．根據(jù)單擺振動(dòng)周期公式，可以得到單擺固有頻率，根據(jù)圖像中f的信息可以推斷擺長或重力加速度的變

14、化情況． 二、填空題 7．【答案】先增大后減小 2 0.2 s 【解析】因?yàn)閒固=2 Hz，而驅(qū)動(dòng)力頻率f從0增加到5 Hz，當(dāng)f驅(qū)=f固時(shí)，發(fā)生共振，振幅最大． 8．【答案】受迫 相等 共振 9．【答案】（1）擺線長0 擺球直徑d 完成全振動(dòng)的次數(shù)n 完成n次全振動(dòng)所用時(shí)間t （2）① 準(zhǔn)確 ②偏小 （3）圖像如圖所示． 9.86 m／s2 【解析】（1）本實(shí)驗(yàn)是利用單擺的周期得．即只要測(cè)出擺長和周期T就能求出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭，而=0+d／2，T=t／n．顯然，本實(shí)驗(yàn)直接測(cè)量的物理量應(yīng)為：擺線長0、擺球直徑d、完成全振動(dòng)的

15、次數(shù)n以及完成n次全振動(dòng)所用的時(shí)間t．其公式為． （2）①若依據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)，作出T2-圖像，其斜率為k=T2／，而，故有．圖像函數(shù)式應(yīng)為，如果沒忘記測(cè)量d。則函數(shù)式應(yīng)寫為：，顯然圖像的斜率不變，所以加速度的測(cè)量值不變． ②若根據(jù)公式得，并計(jì)算加速度，如果沒忘記測(cè)量d，測(cè)量公式應(yīng)寫為．顯然忘記測(cè)量d后，測(cè)量值偏小． （3）建立如圖所示坐標(biāo)系，并標(biāo)出適當(dāng)?shù)某叨?，依?jù)數(shù)學(xué)描點(diǎn)法畫出T2-圖像，則圖像的斜率大約為k=4.0．依據(jù)圖像求出重力加速度為． 10．【答案】（1）測(cè)擺長時(shí)漏掉了擺球半徑 （2）9.87 11．【答案】 三、解答題 12．【答案】見解析

16、 【解析】設(shè)小球重心位置到小球頂部的距離為0，則前后兩次擺長分別為1+0和2+0，分別代入單擺周期公式有，，聯(lián)立兩式，消去0得重力加速度為． 13．【答案】見解析 【解析】洗衣機(jī)震蕩最激烈時(shí)，是發(fā)生共振現(xiàn)象，即洗衣機(jī)的固有頻率和脫水缸的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率相等時(shí)發(fā)生共振現(xiàn)象，即只要算出13 s時(shí)脫水缸的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率即可．由題可知脫水缸的轉(zhuǎn)速是隨時(shí)間均勻減小的，作出圖像可求得13 s時(shí)的轉(zhuǎn)速為n1。如圖，求得r／min，則頻率Hz=8.75 Hz。 14．【答案】見解析 【解析】懸線吊著的小球由于車輪在鋼軌接合處受到?jīng)_擊而擺動(dòng)，顯然穩(wěn)定后擺球做受迫振動(dòng)，在受迫振動(dòng)中當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率等于小球振動(dòng)的固有頻率時(shí)發(fā)生共振，單擺振動(dòng)的振幅最大，f驅(qū)=f固． 設(shè)鋼軌長為L，線長為． 即。。 15．【答案】見解析 【解析】本題考查的是用單擺測(cè)定重力加速度這個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中的擺長、周期概念，主要考查的是理解能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?、綜合分析能力．在A中單擺的擺長定義是懸點(diǎn)到擺球重心的距離，擺線長并不是擺長，擺長等于擺線長加上擺球半徑，擺球直徑可用游標(biāo)卡尺來測(cè)量．在B中擺球在某次通過最低點(diǎn)時(shí)，按下秒表開始計(jì)時(shí)，同時(shí)將此次作為第一次通過最低點(diǎn)，到60次停表時(shí)，實(shí)際是29.5個(gè)周期，周期T應(yīng)為。在C中應(yīng)改變擺長多測(cè)幾次，算出幾次測(cè)量的平均值，將g的平均值作為實(shí)驗(yàn)結(jié)果寫入報(bào)告中．