2022學(xué)年高中物理 第一章 機(jī)械振動 外力作用下的振動試題（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 外力作用下的振動試題（提高篇）教科版選修3-4 一、選擇題 1．一單擺在空氣中振動，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．后一時刻的動能一定小于前一時刻的動能 C．后一時刻的勢能一定小于前一時刻的勢能 D．后一時刻的機(jī)械能一定小于前一時刻的機(jī)械能 2．一洗衣機(jī)脫水桶在正常工作時非常平衡，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

2、 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 3．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)系圖線，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 4．在用單擺測重力加速度的實驗中，

3、為減小誤差（ ）． A．應(yīng)選質(zhì)量小的球做擺球 B．先使擺球擺動幾次，從擺球經(jīng)過平衡位置時開始計時 C．用秒表測出30～50次全振動的時間，計算出平均周期 D．在測量擺線長度時，對安裝好的單擺，要用力拉緊擺線后再測量 5．如圖所示，兩個質(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)擺動時，下列說法正確的是（ ）． A．兩擺的振動周期是相同的 B．當(dāng)兩擺的擺長相等時，m擺的振幅最大 C．懸掛M的豎直細(xì)線長度變化時，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中的共振曲線．則下列說法正確的是（ ）． A．若兩次受迫振動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．若兩次受迫振動是在地球上同一地點進(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的中點懸掛一個彈簧振子，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，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)／秒時振幅最大．若轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在5轉(zhuǎn)／秒，M的振動周期是________。 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)等操作工在工作時將做________振動，這時若操作工的振動頻率跟振源的頻率_______就會對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重力加速度的實驗，他們依照教材實驗直接測量的物理量應(yīng)為：________、________、________、________，其公式為________． （2）他們測出不同的擺長（）所對應(yīng)的周期（T），在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時：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，若他測得的圖像的斜率為k，則測得的重力加速度g=________．若甲同學(xué)測擺長時，忘記測擺球的半徑，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，并計算重力加速度，若乙同學(xué)測擺長時，也忘記了測擺球的半徑，則他測得的重

7、力加速度________（填“偏小”“偏大”或“準(zhǔn)確”）． （3）甲同學(xué)測量5種不同擺長下單擺的振動周期，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．在利用單擺測定重力加速度的實驗中，由單擺做簡諧運動的周期公式得到．只要測出多組單擺的擺長和運動周期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)原點的直線，某同學(xué)根據(jù)實驗數(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圖像的沙擺實驗稍作改變：使木板沿直線OO＇做勻加速直線運動，擺動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，測出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“單擺測重力加速度”的實驗中，所用擺球質(zhì)量分布不均勻，一位同學(xué)設(shè)計了一個巧妙的方法可以不用知道單擺靜止在平衡位置時擺球重心距小球頂部的距離，同樣可以準(zhǔn)確測出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣戎?，具體方法是：第一次量得懸線長為1，測得振動周期為T1，第二次量得懸線長為2，測得振動周期為T2，由此可推算出重力加速度g，請說明這位同學(xué)是如何求出重力加速度g的，并且用測量量表示g的大小． 13．洗衣機(jī)脫水缸正常工作時，轉(zhuǎn)速為2800 r／min，脫水后由切斷電源到電動機(jī)停止轉(zhuǎn)動的時間為16 s．實際發(fā)現(xiàn)13 s左右時，洗衣機(jī)震蕩最為激烈

10、，若切斷電源后轉(zhuǎn)速是隨時間均勻減小的，則洗衣機(jī)振動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，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，球振動的振幅最大？ 15．一位同學(xué)用單擺做測定重力加速度的實驗．他將擺掛起后，進(jìn)行了如下操作步驟： A．測擺長：用米尺量出擺線的長度； B．測周期T：將擺球拉起，然后放開，在擺球某次通過最低點時，按下秒表開始計時，同時將此次通過最低點作為第1次，接著一直數(shù)到擺球第60次通過最低點時，按秒表停止計時，讀出這段時間t，算出單擺的周期； C．將所測得的

11、和T代入單擺的周期公式，算出g，將它作為實驗結(jié)果寫入報告中． 請指出上述步驟中遺漏或錯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，由于空氣阻力的作用，振幅越來越?。畽C(jī)械能逐漸轉(zhuǎn)化為其他形式的能，即機(jī)械能逐漸減小，但后一時刻的動能或勢能不一定比前一時刻小，故A、D兩項正確． 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項正確．當(dāng)振動最劇烈時，洗衣機(jī)發(fā)生了共振，即脫水桶運轉(zhuǎn)頻率等于洗

12、衣機(jī)固有頻率，D項正確． 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項錯誤．開始計時的起點應(yīng)從平衡位置開始．此位置速度大，位置確定，誤差小，B項正確．計算周期時，應(yīng)用多個周期的累加時間，測時間時誤差小，C項正確．測擺長時應(yīng)使擺線自然下垂，不能拉緊，這樣會使測得的擺長變長，誤差大，D項錯誤． 5．【答案】A、B、D 【解析】M擺動時，m擺做受迫振動，穩(wěn)定后，m擺振動周期應(yīng)等于驅(qū)動力的周期，即等于M擺的周期，故A項正確．當(dāng)m擺長與M擺長相等時，兩者的固有周期相等，而M擺的固有周期就是使m做受迫振動的驅(qū)動力周期，可見m擺處于共振狀態(tài)。B項正確

13、．M擺長發(fā)生變化。就是使m做受迫振動的驅(qū)動力周期發(fā)生變化，由于m的固有周期不變，這樣兩個周期差別就發(fā)生了變化，因而m的振幅也發(fā)生了變化，C項錯誤．單擺振動的能量不僅與振幅有關(guān)，還跟振動系統(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項正確．綜上所述，正確答案是A、B、D三項． 6．【答案】A、B、C 【解析】受迫振動的頻率與固有頻率無關(guān)，但當(dāng)驅(qū)動力的頻率與物體固有頻率相等時，受迫振動的振幅最大，所以，可以根據(jù)物體做受迫振動的共振曲線判斷出物體的固有頻率．根據(jù)單擺振動周期公式，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】因為f固=2 Hz，而驅(qū)動力頻率f從0增加到5 Hz，當(dāng)f驅(qū)=f固時，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 完成全振動的次數(shù)n 完成n次全振動所用時間t （2）① 準(zhǔn)確 ②偏小 （3）圖像如圖所示． 9.86 m／s2 【解析】（1）本實驗是利用單擺的周期得．即只要測出擺長和周期T就能求出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭，而=0+d／2，T=t／n．顯然，本實驗直接測量的物理量應(yīng)為：擺線長0、擺球直徑d、完成全振動的

15、次數(shù)n以及完成n次全振動所用的時間t．其公式為． （2）①若依據(jù)測量數(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，所以加速度的測量值不變． ②若根據(jù)公式得，并計算加速度，如果沒忘記測量d，測量公式應(yīng)寫為．顯然忘記測量d后，測量值偏?。? （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）測擺長時漏掉了擺球半徑 （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，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)動頻率相等時發(fā)生共振現(xiàn)象，即只要算出13 s時脫水缸的轉(zhuǎn)動頻率即可．由題可知脫水缸的轉(zhuǎn)速是隨時間均勻減小的，作出圖像可求得13 s時的轉(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，顯然穩(wěn)定后擺球做受迫振動，在受迫振動中當(dāng)驅(qū)動力的頻率等于小球振動的固有頻率時發(fā)生共振，單擺振動的振幅最大，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定重力加速度這個實驗內(nèi)容中的擺長、周期概念，主要考查的是理解能力、實驗?zāi)芰Α⒕C合分析能力．在A中單擺的擺長定義是懸點到擺球重心的距離，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)卡尺來測量．在B中擺球在某次通過最低點時，按下秒表開始計時，同時將此次作為第一次通過最低點，到60次停表時，實際是29.5個周期，周期T應(yīng)為。在C中應(yīng)改變擺長多測幾次，算出幾次測量的平均值，將g的平均值作為實驗結(jié)果寫入報告中．